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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024014813
(43)【公開日】2024-02-01
(54)【発明の名称】光通信システム、光通信方法、端局装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/2543 20130101AFI20240125BHJP
【ＦＩ】
H04B10/2543
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023117901
(22)【出願日】2023-07-19
(31)【優先権主張番号】17/870,862
(32)【優先日】2022-07-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100181135
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 隆史
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 慎介
(72)【発明者】
【氏名】石井 直人
(72)【発明者】
【氏名】ビナヤチャンダラン アンキット
(72)【発明者】
【氏名】ル タヤンディエ ドゥ ガボリ エマニュエル
(72)【発明者】
【氏名】ヤマン ファティ
(72)【発明者】
【氏名】バション， フサム ジー
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA01
5K102AB06
5K102AD15
5K102AH11
5K102AH22
5K102AH26
5K102AH27
5K102KA06
5K102KA39
5K102PB13
5K102RD26
5K102RD28
(57)【要約】 （修正有）
【課題】波形歪みを等化する非線形波形歪みの補償方法、端局装置および光通信システムを提供する。
【解決手段】光通信システム１０は、第１のデータを受信し、受信した第１のデータに基づいて光波形を生成する第１の端局装置（光送信器）と、第１の端局装置から光波形を受信する光ファイバ通信路と、光ファイバ通信路から光波形を受信し、光波形に基づいて第２のデータを出力する第２の端局装置（光受信器）と、を備える。第１の端局装置または第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備える。非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正し、非線形波形歪補償部を含む回路全体のサイズを削減するために、再帰的中間層を有するニューラルネットワークの機能を含む。
【選択図】図２
【解決手段】光通信システム１０は、第１のデータを受信し、受信した第１のデータに基づいて光波形を生成する第１の端局装置（光送信器）と、第１の端局装置から光波形を受信する光ファイバ通信路と、光ファイバ通信路から光波形を受信し、光波形に基づいて第２のデータを出力する第２の端局装置（光受信器）と、を備える。第１の端局装置または第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備える。非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正し、非線形波形歪補償部を含む回路全体のサイズを削減するために、再帰的中間層を有するニューラルネットワークの機能を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のデータを受信し、前記受信した第１のデータに基づいて光波形を生成するように構成される第１の端局装置と、
前記第１の端局装置から前記光波形を受信するように構成された光通信路と、
前記光通信路から前記光波形を受信するように構成され、前記光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成された第２の端局装置と
を備え、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備え、
前記非線形波形歪み補償部は、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層を備える
光通信システム。
前記第１の端局装置から前記光波形を受信するように構成された光通信路と、
前記光通信路から前記光波形を受信するように構成され、前記光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成された第２の端局装置と
を備え、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備え、
前記非線形波形歪み補償部は、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層を備える
光通信システム。
【請求項2】
前記非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を備える、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項3】
前記非線形波形歪み補償部は、前記少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定するように構成される、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第１の入力として前記出力値を受信し、前記代表値に基づいて前記少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定するように構成される、請求項３に記載の光通信システム。
【請求項5】
前記非線形波形歪み補償部は、出力層をさらに備え、前記出力層は、前記出力値を受信するように構成され、前記出力値および前記代表値に基づいて前記非線形波形歪み補償部の出力を決定するように構成される、請求項３に記載の光通信システム。
【請求項6】
前記非線形波形歪み補償部は、入力層をさらに備え、前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の入力として前記入力層の出力を受信するように構成される、請求項３に記載の光通信システム。
【請求項7】
前記第１の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項8】
前記第２の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項9】
第１の端局装置を使用して、第１のデータを受信することと、
前記第１のデータに基づいて光波形を生成することと、
光通信路に沿って前記光波形を送信することと、
第２の端局装置を使用して、前記光通信路から前記送信された光波形を受信することと、
前記第２の端局装置によって受信された前記光波形に基づいて前記第２の端局装置から第２のデータを出力することと、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正することであって、前記非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含むことと
を含む、光通信方法。
前記第１のデータに基づいて光波形を生成することと、
光通信路に沿って前記光波形を送信することと、
第２の端局装置を使用して、前記光通信路から前記送信された光波形を受信することと、
前記第２の端局装置によって受信された前記光波形に基づいて前記第２の端局装置から第２のデータを出力することと、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正することであって、前記非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含むことと
を含む、光通信方法。
【請求項10】
非線形波形歪み補償部を備える、光通信システム用の端局装置であって、
前記非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、
前記非線形波形歪み補償部は、
前記光波形に関する情報を受信するように構成され、第１の出力を生成するように構成される入力層と、
第１の入力として前記第１の出力を受信するように構成され、第２の出力を生成するように構成され、第２の入力として前記第２の出力を受信するように構成される少なくとも１つの再帰的中間層と、
前記第２の出力を受信するように構成され、前記第２の出力と前記第２の出力に基づく代表値とに基づいて第３の出力を生成するように構成される出力層と、を備える
端局装置。
前記非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、
前記非線形波形歪み補償部は、
前記光波形に関する情報を受信するように構成され、第１の出力を生成するように構成される入力層と、
第１の入力として前記第１の出力を受信するように構成され、第２の出力を生成するように構成され、第２の入力として前記第２の出力を受信するように構成される少なくとも１つの再帰的中間層と、
前記第２の出力を受信するように構成され、前記第２の出力と前記第２の出力に基づく代表値とに基づいて第３の出力を生成するように構成される出力層と、を備える
端局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、波形歪みを等化する方法、端局装置、および光通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
インターネットの普及により基幹ネットワークのトラヒック量が急増していることから、急増するトラヒック需要を高効率に収容する技術が必要不可欠である。高効率に基幹ネットワークに大容量トラヒック需要を収容するために光通信システムが導入されており、光通信システムは拠点間を接続する光ファイバ通信路を介して、要求トラヒックを通信する機能を提供する。近年のトラヒック需要に合わせて1チャネルあたり1 Tbps級の大容量光通信システムの実現が強く望まれている。このような大容量光通信システムを実現する技術として、多値変調方式や偏波多重分離方式など周波数利用効率の向上方式を適用するためにデジタル信号処理が用いられている。
【0003】
また、大容量光通信システムの長距離化がビット単価低減に寄与するため強く要望されている。中でも、光海底ケーブルは海で隔てられた陸地間に大容量な通信インフラを提供する手段として必要不可欠であり、ケーブル総延長が１万数千キロメートルに到達することもあるため長距離化による効果は非常に大きい。
【0004】
光ファイバ通信路の総延長が長くなると、光信号が通信路中で通過する光増幅器の数が増えるために、受信側の端局装置での光信号雑音比が低下するため信号品質が劣化する。一方で、受信光信号雑音比を改善するために、送信側の光信号強度を増加させると光ファイバ通信路中で生じる非線形波形歪みが増大することで信号品質がむしろ劣化する。したがって、大容量光通信システムを長距離化するためには、この非線形波形歪に対する歪補償技術の実現が課題である。
【0005】
光ファイバ通信路中の非線形波形歪補償技術として、これまでにデジタル逆伝搬法（Digital Back-propagation）が提案されてきた。デジタル逆伝搬法では光ファイバ通信路における非線形波形歪をデジタル信号処理で模擬し、非線形波形歪の逆作用を受信データに適用することで歪補償を実現する方式であり、大容量光通信システムの長距離化に有効であることが知られている。このような波形歪補償機能の例が、特許文献１に記載されている。
【0006】
しかしながら、デジタル逆伝搬法を効果的に適用するためには非線形波形歪に関する特徴量を事前に最適化しておく必要があり、最適化するためには光ファイバ通信路の物理特性を精度良く把握しておくことが不可欠である。端局装置を導入する際に当該最適化を実施することが一般的であるが、そのためにはスキルを有した熟練エンジニアが光信号導通試験において特徴量を算出することが必要になり、人手と時間がかかる点が問題点である。さらに経年劣化などで光ファイバ通信路の物理特性が変化した場合には非線形波形歪補償方式の最適化を再度実施することが望ましく、その度に熟練エンジニアを再度派遣する必要になる点も好ましくない点である。
【0007】
すなわち、光ファイバ通信路の物理特性の経年変化にきめ細やかに対応するには非線形波形歪補償の自動化が望ましい。近年、ニューラルネットワークを用いて非線形波形歪を受信データから学習することで非線形波形歪に関する特徴量を自動的に取得し、その逆作用を受信データに適用することで歪補償を実現する方式が注目されている。ニューラルネットワークではデジタル逆伝搬法の非線形波形歪モデルで取り込むことができなかった残留非線形波形歪を含めることが可能になると考えられ、さらなる信号品質の向上を実現する方式として期待が高まっている。このような波形歪補償機能の例が、特許文献２、非特許文献１、および非特許文献２に記載されている。
【0008】
すなわち、インターネットの使用の増加により基幹ネットワーク上のトラフィック量が急速に増加しているため、基幹ネットワークにおける大容量トラフィック需要に効率的に対応する光通信システムが導入されている。光通信システムは、基地局などの通信ハブを接続する光ファイバ通信回線において単一のチャネルを使用して需要トラフィックを通信する機能を提供する。当該チャネルは、光通信システムにおける最近のトラフィック需要に関する情報を通信するために使用可能である。テラバイト／秒（ＴＢＰＳ）クラスの光通信システムの実現は、そのような大容量光通信システムを容易にするのに役立っている。周波数利用効率を改善するために、多値変調方法または偏波多重分離方法などのデジタル信号処理が使用されている。
【0009】
さらに、大容量光通信システムを使用した長距離通信は、山、大洋、海、または砂漠などのように、かなりの距離で隔てられた場所間の通信に使用される。場合によっては、光通信システムの総ケーブル長は、１０，０００キロメートル（ｋｍ）以上に達する。例えば、光海底ケーブルは、海で隔てられた場所間で大容量の通信インフラストラクチャを提供するために使用可能である。光信号が光ケーブルに沿って進む距離が大きくなるにつれて、光信号の歪み量も大きくなる。この歪みの影響は、長距離通信インフラストラクチャにおいてより一般的である。
【0010】
場合によっては、光ファイバ通信経路中での光信号強度の減衰を補償するために、光ケーブルに沿って光増幅器が使用される。光ファイバ通信路の全長が長くなると、光信号が通信路において通過する光増幅器の数が増加する。しかし、これらの光増幅器は、光通信システムの受信側の端局装置によって検出される光信号対雑音比を低減する。低減された信号対雑音比は、端局装置によって検出される信号品質を悪化させる。光増幅器の欠点にもかかわらず、光増幅器が使用されない場合、受信した光信号雑音比を改善するために送信側の光信号強度が増加する。この光信号強度の増加は、光ファイバ通信路における非線形波形歪みを増加させる。その結果、信号品質は依然として悪化してしまいうる。
【0011】
光ファイバ通信路における非線形波形歪み補償技術として、デジタル逆伝播法が挙げられる。デジタル逆伝播法は、デジタル信号処理によって光ファイバ通信路における非線形波形歪みをシミュレートし、非線形波形歪みの逆演算を端局装置によって受信されたデータに適用することによって歪み補償を実現する。逆伝播法は、光信号が進む距離に関する光信号に対する品質劣化を低減するのに効果的である。デジタル逆伝播法の一例が、特許文献１に記載されている。
【0012】
デジタル逆伝播法は、非線形波形歪みに関する特徴を効果的であるように事前に最適化することを含む。特徴を最適化するには、光ファイバ通信路の物理的特性を正確に理解する必要がある。場合によっては、最適化は、端末機器を導入するときに行われる。しかし、最適化プロセスは、光信号連続性試験における特徴を手動で計算する能力を有する熟練技術者を伴う。この手動処理は、大量の時間を要する。さらに、光ファイバ通信路の物理的特性が経時的な悪化によって変化する場合、再最適化が熟練技術者によって行われる。
【0013】
効率の改善においては、光ファイバ通信路の物理的特性の変化に細かく対応するために、非線形波形歪み補償の自動化が求められている。近年、ニューラルネットワークを使用して受信データから非線形波形歪みを学習し、悪影響を受信データに適用することによって、非線形波形歪みに関する特徴を自動的に取得して歪み補償を実現する方法が開発されている。その目標は、ニューラルネットワークが、デジタル逆伝播法の非線形波形歪みモデルによって捕捉することができなかった残留非線形波形歪みを含むことである。このような波形歪み補償機能の例は、特許文献２、非特許文献１、および非特許文献２に記載されている。
【0014】
図１Ａは、上述した技術に関連する光通信システムの構成の一例を示すブロック図である。図１Ａに示すように、上述した光通信システム９０は、光送信器９１、光ファイバ通信路９２、および光受信器９３を有する。ここでは、光通信システム９０が光送信器９１と光受信器９３とが光ファイバ通信路９２に接続する場合を例に説明するが、光送信器および光受信器の台数はこれに限らない。また、一般に端局装置は光送信器９１および光受信器９３とを備えるものである。
【0015】
光送信器９１は、送信端クライアントインターフェース９１０、送信データ生成部９１１、光波形生成部９１２を有する。光受信器９３は、光波形受信部９３０、波形歪補償部９３１、受信データ復調部９３２、受信端クライアントインターフェース９３３を有する。波形歪補償部９３１は、線形波形歪補償部９３１０、非線形波形歪補償部９３１１を有する。
【0016】
図１Ｂは、上述した技術に関する光通信システムが備える非線形波形歪補償部の一例を示すブロック図である。図２に示すように、上述した非線形波形歪補償部９３１１は、入力層９４０、中間層９４１－０、９４１－１、９４１－２、出力層９４２を有する。入力層９４０は積和演算部９５－０を備え、中間層９４１－０は積和演算部９５－１を備え、中間層９４１－１は積和演算部９５－２を備え、中間層９４１－２は積和演算部９５－２を備え、出力層９４２は積和演算部９５－３を備える。ここでは、非線形波形歪補償部９３１１が３つの中間層９４１－０、９４１－１、９４１－２を有する場合を例に説明するが、中間層の層数はこれに限らない。
【0017】
なお、以降の説明では、同種の装置等の符号に添え字（－１、－２等）を伴う要素について、それらを総括して説明する場合は、符号の添え字を省略するものとする。
【0018】
次に、上述した技術に関連する光通信システムが、要求トラヒックを光信号に収容する動作について説明する。
【0019】
光送信器９１は、送信端クライアントインターフェース９１０より入力される要求トラヒックに基づいて、送信データ生成部９１１において多値変調方式や偏波多重分離方式を適用するためのシンボルマッピングを実施した上で光波形生成部９１２に入力する送信データを生成し、光波形生成部９１２において前述の送信データに基づいて光波形を生成し、接続する光ファイバ通信路９２に光波形を送信する。一般に光波形生成部はＲＦ増幅器および光Ｉ／Ｑ変調器を有し、送信データの電気波形から光波形を生成するものである。光受信器９３は、光波形受信部９３０において接続する光ファイバ通信路９２を伝搬した光波形をコヒーレント検波した上でアナログデジタル変換により得られた受信データに対して、波形歪補償部９３１において当該受信データが含む線形および非線形の波形歪を補償し、受信データ復調部９３２において多値変調方式および偏波多重分離方式の適用したことに伴うシンボルデマッピングを実施した上で、受信端クライアントインターフェース９３３から要求トラヒックを出力する。
【0020】
以上の動作により、光通信システム９０において、要求トラヒックを収容する光チャネルを確立する。
【0021】
次に、上述した技術に関連する光通信システムにおいて、ニューラルネットワークを用いて受信データから非線形波形歪を学習した上で前述の非線形波形歪を補償する動作について説明する。非線形波形歪補償部９３１１は、一例として３層の中間層（隠れ層とも呼ぶ）を有するニューラルネットワークであり、入力層９４０に波形歪補償部９３１に入力される受信データを入力し、出力層９４２から受信データが内包する非線形波形歪が補償された受信データが出力される。積和演算部９５は各層９４０、９４１および９４２において、ニューラルネットワークの重み行列積和演算、バイアス値加算および活性化関数演算を各々実施し、非線形波形歪補償を実現する。なお、入力層９４０への入力としては前述した受信データに限らず、前処理を実施した受信データを採用することもある。
【0022】
続いて、非線形波形歪補償部９３１１の学習の動作について説明する。一例として教師付き学習の場合について動作を説明するがこの限りではない。教師付き学習においては、非線形波形歪補償部９３１１に対する教師データとして、光送信器９１より既知の送信データを送信し、入力層９４０に線形波形歪補償部９３１０の出力を入力した上で、出力層９４２の出力データと前述の既知の送信データとの平均二乗誤差が最小になるように各層９４０、９４１および９４２の重み値とバイアス値とを最適化することで学習が完了する。一般に最適化アルゴリズムとして確率的勾配降下法やＡｄａｍ法、ＲＭＳＰｒｏｐ法などを用いる。教師付き学習によって得られた重み値、バイアス値を非線形波形歪補償部９３１１の特徴量として採用することで、教師データに限らず一般の受信データに対して非線形波形歪の補償が実現される。
【0023】
以上の動作により、光通信システム９０が備える光受信器９３において非線形波形歪の補償を実現する。
【0024】
すなわち、図１Ａは、ニューラルネットワークを使用した光通信システム９０のブロック図である。図１Ａに示すように、光通信システム９０は、光送信器９１と、光ファイバ通信路９２と、光受信器９３とを含む。光通信システム９０は、光送信器９１および光受信器９３を光ファイバ通信路９２に接続する。
【0025】
光送信器９１は、送信端（送信側）クライアントインターフェース９１０と、送信データ生成部９１１と、光波形生成部（光波形発生器）９１２とを有する。光受信器９３は、光波形受信部９３０と、波形歪補償部９３１と、受信データ復調部９３２と、受信端（受信側）クライアントインターフェース９３３とを含む。波形歪補償部９３１は、線形波形歪補償部９３１０と、非線形波形歪補償部９３１１とを有する。
【0026】
図１Ｂは、非線形波形歪補償部９３１１のブロック図である。非線形波形歪補償部９３１１は、光通信システム９０などの光通信システムに含まれ得る。上述の非線形波形歪補償部９３１１は、入力層９４０と、中間層９４１－０、９４１－１、９４１－２と、出力層９４２とを有する。入力層９４０は、積和演算部９５－０を有し、中間層９４１－０は、積和演算部９５－１を有し、中間層９４１－１は、積和演算部９５－２を有し、中間層９４１－２は、積和演算部９５－３を含み、出力層９４２は、積和演算部９５－４を含む。
【0027】
簡潔にするために、以下の説明では、同じタイプのデバイスなどの番号に添え字（－１、－２など）を付した要素を総称する場合には、当該番号の添え字を省略するものとする。
【0028】
次に、光信号におけるトラフィックに対応する光通信システム９０の動作について説明する。
【0029】
光送信器９１は、送信端クライアントインターフェース９１０から入力される要求トラフィックに基づいて、送信データ生成部９１１において多値変調方法または偏波多重分離方法を適用するためのシンボルマッピングを行い、送信データを生成する。送信データは、光波形生成部９１２に入力される。光波形生成部９１２は、送信データに基づいて光波形を生成し、光波形は、光ファイバ通信路９２に送信される。場合によっては、光波形生成部９１２は、無線周波数（ＲＦ）増幅器と、光同相直交位相（ＩＮ－Ｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－Ｐｈａｓｅ：Ｉ／Ｑ）変調器とを含む。光波形生成部９１２は、送信データの電気波形から光波形を生成する。
【0030】
光受信器９３は、光ファイバ通信路９２を伝播する光波形のコヒーレント検波によって得られた受信データに対する波形歪補償部９３１を含む。光波形は、アナログ－デジタル変換を行う光波形受信部９３０に受信される。波形歪補償部９３１を使用して、受信データに含まれる線形および非線形波形歪みを補償した後、受信データ復調部９３２は、多値変調方法および偏波多重分離方法の適用によるシンボルデマッピングを行う。結果として得られるデータは、受信端クライアントインターフェース９３３に転送される。
【0031】
以上の動作によって、光通信システム９０は、光チャネルにおけるトラフィックに対応することができる。
【0032】
光通信システム９０のいくつかの例では、上述の非線形波形歪みの補償は、ニューラルネットワークを使用して受信データから非線形波形歪みを学習した後に行われる。非線形波形歪補償部９３１１は、例えば、３つの中間層（隠れ層とも呼ばれる）を有するニューラルネットワークであり、波形歪補償部９３１に入力された受信データは、入力層９４０および出力層９４２に入力される。出力層９４２は、非線形波形歪みが補償された受信データを出力する。積和演算部９５は、それぞれ各層９４１－０、９４１－１、および９４１－２におけるニューラルネットワークの重み行列積和計算、バイアス値加算、および活性化関数計算を行い、非線形波形歪み補償を実施する。
【0033】
非線形波形歪補償部９３１１の動作を学習する例を、教師あり学習を使用して説明する。教師あり学習では、既知の送信データが非線形波形歪補償部９３１１に対する教師データとして光送信器９１から送信され、線形波形歪補償部９３１０の出力が入力層９４０に入力された後、出力層９４２が使用される。訓練は、出力層９４２の出力データと上述の既知の送信データとの間の平均二乗誤差が最小になるように、層９４１－０、９４１－１、および９４１－２の重み値およびバイアス値を最適化することによって完了する。場合によっては、確率的勾配降下法、Ａｄａｍ法、ＲＭＳＰｒｏｐ法などが最適化アルゴリズムとして使用される。非線形波形歪補償部９３１１の特徴量として教師あり学習によって得られた重み値およびバイアス値を採用することによって、非線形波形歪み補償が教師データだけでなく他の受信データに対しても実現される。
【0034】
以上の動作により、光通信システム９０に含まれる光受信器９３において、非線形波形歪みの補償が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0035】
【特許文献1】米国特許第８，８７３，９７１号
【特許文献2】米国特許第１０，８３３，７７０号
【特許文献3】米国特許出願公開第２０２１／０２５６３４７号
【非特許文献】
【0036】
【非特許文献1】Ｃ．Ｈａｇｅｒ ｅｔ ａｌ．，「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｖｉａ ｄｅｅｐ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」ＯＦＣ ２０１８ ｐａｐｅｒ Ｗ３Ａ．４。
【非特許文献2】ＢＩ Ｂｉｔａｃｈｏｎ ｅｔ ａｌ．，「Ｄｅｅｐ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｂａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ ＳＮＲ ｇａｉｎ ａｔ ｌｏｗ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｉｎ ａ １２００ ｋｍ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｋ」Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２０，ｐｐ．２９３１８－２９３３４（２０２０）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0037】
非線形波形歪みの補償方法の改良が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0038】
本発明は、光通信システムの伝送特性を最良とするために、光端局装置において受信した波形をデジタル復調処理により得られた受信信号データと送信信号データとの比較結果から波形歪みを推定し、受信信号データに対して推定した波形歪みの逆作用を適用することで歪みを補償する波形歪等化方法に関し、特に当該波形歪み方式を適用することで、光海底ケーブル通信に代表される大容量長距離光通信システムにおいて課題となる光ファイバ伝送路中で生じる非線形波形歪みに対して高い耐力を有する端局装置に関する。
【0039】
すなわち、本明細書は、ニューラルネットワークを利用して、光端局装置において受信された波形のデジタル復調処理によって得られた受信信号データと送信信号データとの間の比較結果に基づいて非線形波形歪みを推定する光通信システムを含む。波形歪み等化方法は、推定された波形歪みの悪影響を受信信号データに適用することによって歪みを補償する。波形歪み等化方法を適用することによって、光海底ケーブルなどの長い光ケーブルを介した送信による非線形波形歪みが補償され、出力光信号が改善される。本明細書はまた、光ファイバ送信回線で発生する非線形波形歪みを補償する能力を有する端局装置に関する。
【0040】
大容量光通信システムの長距離化を実現し、光ファイバ通信路の物理特性の経年変化にきめ細やかに対応可能な技術として、ニューラルネットワークを用いた非線形波形歪補償方式が有望であることを前述した。一般に、光通信システムの長距離化に伴い、非線形波形歪が増大するため、非線形波形歪補償を実現するために必要となるニューラルネットワークの中間層の層数も同時に増える傾向にあることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【0041】
一方で、前述した中間層の層数が増えるにつれて、中間層は積和演算部を有するために非線形波形歪補償部全体の回路規模が増大する問題がある。その結果、波形歪補償をリアルタイム処理するために用いるＡＳＩＣ回路資源の上限値よりも、非線形波形歪補償部の回路規模が上回ってしまうという実装上の懸念がある。
【0042】
ニューラルネットワークを活用した非線形波形歪補償方式の回路規模を削減する手段の一例として、特許文献３に記載の通り、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いる方式が公知である。前述したＬＵＴを用いる方式は、図１Ｃに示す通り、光送信器において送信データに対して非線形波形歪を予等化することが前提であって、予等化では送信データがＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、３２ＱＡＭおよび６４ＱＡＭといった多値変調方式を前提としてシンボルマッピングされるため、Ｉ／Ｑ軸に関する対称性を活用することで、非線形波形歪予等化を実現するニューラルネットワークの入力層において、積和演算部のうち乗算部の解の候補が限定され得るので、乗算解をＬＵＴに保存可能となり、当該乗算部をＬＵＴで置き換えることで回路規模削減に寄与する。
【0043】
しかしながら、特許文献３に記載される回路規模削減手段は、光受信器が非線形波形歪補償部を有する場合には適用できない問題と、さらには入力層の乗算部をＬＵＴで置き換えるため中間層の層数が小さい非線形波形歪予等化部には有効であるが、中間層の層数が増大する場合には回路規模削減効果が相対的に低減するという問題がある。
【0044】
本開示の目的は、上述した課題の少なくとも１つを解決する波形歪等化方法、端局装置および光通信システムを提供することにある。すなわち、大容量光通信システムの長距離化を実現し、光ファイバ通信路の物理特性の経年変化に自動的に追随することで伝送容量を常に最大化することを目的に、ニューラルネットワークの回路規模を実装可能な規模に抑えることで、非線形波形歪補償部および予等化部を実現する上での課題を解決するものである。
【0045】
すなわち、上述したように、ニューラルネットワークを使用した非線形波形歪み補償方法は、経時的な光ファイバ通信路の物理的特性の変化に対して精度良くかつ正確に対応することができる。他の手法では、非線形波形歪み補償を実施するために使用されるニューラルネットワークの中間層の層の数は、光信号路の距離に起因する非線形波形歪みが増加するにつれて増加する。（例えば、非特許文献２参照）。
【0046】
中間層の層の数が増加するほど、各中間層が積和計算部を含んでいるため、非線形波形歪み補償部の回路全体のサイズが大きくなる。中間層の数が閾値を超えて増加する場合、非線形波形歪み補償部の回路規模は、波形歪み補償のリアルタイム処理に使用されるＡＳＩＣ回路リソースの上限を超えることになる。
【0047】
特許文献３に記載されているように、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用する方法は、ニューラルネットワークを利用した非線形波形歪み補償方法の回路規模を削減する代替手段を提供する。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｐｒｅ－ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）部９１３１は、非線形波形歪みが光送信器内の送信データに対して推定されるという前提に基づいてＬＵＴを含む。この等化では、送信データが直交位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）であり、多値変調方法を前提として１６直交振幅変調（ＱＡＭ）、３２ＱＡＭ、および６４ＱＡＭがシンボルマッピングされているので、Ｉ／Ｑ軸を中心とした対称性を利用して非線形波形歪みを実施するニューラルとなる。ネットワークの入力層において、積和計算部間の乗算部の解の候補を限定することにより、乗算解をＬＵＴに記憶することができる。乗算部をＬＵＴに置き換えることは、回路規模の削減に寄与する。
【0048】
しかし、特許文献３に記載のＬＵＴによって提供される回路規模の削減は、光受信器が非線形波形歪み補償部を有する場合には適用することができない。さらに、中間層は、入力層の乗算部をＬＵＴに置き換えるために使用される。ＬＵＴの使用は中間層の数が少ない非線形波形予歪み部には効果的であるが、中間層の数が増加すると回路規模の削減効果が小さくなる。
【0049】
本明細書は、光ケーブルの物理的特性の変化を考慮すると共に、端局装置での実装を可能にするのに十分に小さい回路サイズを維持するという上記の問題を解決するのに役立つ波形歪み等化方法、端局装置、または光通信システムに関する。ニューラルネットワークの回路規模は、大容量の光通信を行う長距離光ケーブルに対する非線形波形歪み補償を実施するのに役立つ。いくつかの実施形態では、光通信システムは、光ファイバ通信路の物理的特性の変化を自動的に調整することによって、大きな送信容量を維持することができる。回路に対する規模を限定することによって、非線形波形歪み補償部をＡＳＩＣに効果的に実装することができる。
【0050】
いくつかの実施形態による波形歪み等化方法は、光信号データの値として頻出する値を代表値として選択するための代表値決定部と、代表値および光波形に含まれる波形歪みの等化行列とを含む。波形歪み等化方法はまた、積を計算するための乗算部と、積からなる光信号データの波形歪み等化設定を学習するための等化学習部とを含む。波形歪み等化方法は、等化学習部に計算された積の値を記憶するための乗算保持媒体をさらに含む。波形歪み等化方法は、値保持媒体と、乗算保持媒体によって保持された積の値を加算するための加算部とをさらに含む。波形歪みは、１つまたは複数の中間層を使用して光信号データに対して再帰的に等化される。いくつかの実施形態では、波形歪みは、単一の中間層を使用して再帰的に等化される。
【0051】
本明細書による波形歪み等化方法、端局装置、および光通信システムのいくつかの実施形態によれば、非線形波形歪み等化に使用される中間層の数は、他の手法と比較して低減される。積和計算部は、中間層の出力値を中間層に再入力することによって再帰的に使用される。中間層および出力層の出力値の発生率は、監視される。この発生の分布に応じて、代表値が決定される。中間層および出力層の出力値は、代表値に近似される。ルックアップテーブルに中間層における積和計算部の乗算部の解を記憶することによって、従来可能であったよりもはるかに小さい回路規模で非線形波形歪み等化を実施することができる。これにより、光通信システムの端局装置に含まれるように十分に小さいデバイスを使用して、熟練技術者が手動で計算することなく光ケーブルにおける物理的特性の変化を自動的に補償することが可能になる。
【0052】
本開示の態様は、添付の図と併せて読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、説明を明確にするために任意に拡大または縮小されることがある。
【0053】
本開示の第一の実施態様によれば、光通信システムは、第１のデータを受信し、前記受信した第１のデータに基づいて光波形を生成するように構成される第１の端局装置と、前記第１の端局装置から前記光波形を受信するように構成された光通信路と、前記光通信路から前記光波形を受信するように構成され、前記光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成された第２の端局装置とを備える。前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償デバイスを備える。前記非線形波形歪み補償デバイスは、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層を備える。
【0054】
本開示の第二の実施態様によれば、光通信方法は、第１の端局装置を使用して、第１のデータを受信することと、前記第１のデータに基づいて光波形を生成することと、光通信路に沿って前記光波形を送信することと、第２の端局装置を使用して、前記光通信路から前記送信された光波形を受信することと、前記第２の端局装置によって受信された前記光波形に基づいて前記第２の端局装置から第２のデータを出力することと、前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正することであって、前記非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含むこととを含む。
【0055】
本開示の第三の実施態様によれば、光通信システム用の端局装置は、非線形波形歪み補償部を備える。前記非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成される。前記非線形波形歪み補償部は、前記光波形に関する情報を受信するように構成され、第１の出力を生成するように構成される入力層と、第１の入力として前記第１の出力を受信するように構成され、第２の出力を生成するように構成され、第２の入力として前記第２の出力を受信するように構成される少なくとも１つの再帰的中間層と、前記第２の出力を受信するように構成され、前記第２の出力と前記第２の出力に基づく代表値とに基づいて第３の出力を生成するように構成される出力層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1A】関連する光通信システムの構成を示すブロック図である。すなわち、光通信システムのブロック図である。
【図1C】非線形波形歪予等化方式を採用する関連する光通信システムの構成を示すブロック図である。すなわち、非線形波形予歪み方法を含む光通信システムのブロック図である。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による光通信システムのブロック図である。
【図3】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムが有する非線形波形歪補償部の構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪み補償部のブロック図である。
【図4】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムが有する非線形波形歪補償部における処理を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪み補償部のブロック図である。
【図5】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムが有する非線形波形歪補償部の別構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪み補償部のブロック図である。
【図6】本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪補償部に対する学習プログラムの構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による光通信システムの一部のブロック図である。
【図7】本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪補償部に対する学習プログラムの動作を説明するためのシーケンス図である。すなわち、いくつかの実施形態による非線形波形歪みを補償するための学習方法のフローチャートである。
【図8】本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪等化プログラムにおける処理を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による非線形波形歪み等化部のブロック図である。
【図9】本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪等化プログラムにおける中間層の出力値の頻度分布の一例を示す図である。すなわち、いくつかの実施形態による非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の発生分布を示すグラフである。
【図10A】本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化設定決定部において事前に決定した閾値を上回る頻度区間の中央値に代表値を決定する動作を示す図である。すなわち、いくつかの実施形態による代表値および所定の閾値を決定するために使用可能な非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の発生分布を示すグラフである。
【図10B】本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化設定決定部において頻度が一定値になるように割り当てた頻度計数区間の中央値に代表値を決定する動作を示す図である。すなわち、いくつかの実施形態による代表値および複数の区間を決定するために使用可能な非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の発生分布を示すグラフである。
【図11】本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による光通信システムのブロック図である。
【図12】本発明の第２の実施形態に係る光通信システムが有する非線形波形歪予等化部の構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による図１１の光通信システムに含まれ得る非線形波形予歪み部のブロック図である。
【図13】本発明の第２の実施形態に係る非線形波形歪予等化部の別構成を示すブロック図である。すなわち、いくつかの実施形態による非線形波形予歪み部のブロック図である。
【図14】本発明の第２の実施形態に係る非線形波形歪予等化部に対する学習プログラムの動作を説明するためのシーケンス図である。すなわち、いくつかの実施形態による非線形波形予歪み部のための学習方法のフローチャートである。
【図15】いくつかの実施形態による非線形波形歪み補償のためのシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0057】
［本発明の特徴］
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態においては、第１の実施形態による波形歪等化方式を採用する端局装置を備える光通信システム１０について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システム１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光通信システム１０は、光送信器１１、光ファイバ通信路１２、光受信器１３、学習プログラム実行計算機１６を有する。ここでは、光通信システム１０が光送信器１１と光受信器１３とが光ファイバ通信路１２に接続する場合を例に説明するが、光送信器および光受信器の台数はこれに限らない。また、一般に端局装置は光送信器１１および光受信器１３とを備えるものである。
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態においては、第１の実施形態による波形歪等化方式を採用する端局装置を備える光通信システム１０について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システム１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光通信システム１０は、光送信器１１、光ファイバ通信路１２、光受信器１３、学習プログラム実行計算機１６を有する。ここでは、光通信システム１０が光送信器１１と光受信器１３とが光ファイバ通信路１２に接続する場合を例に説明するが、光送信器および光受信器の台数はこれに限らない。また、一般に端局装置は光送信器１１および光受信器１３とを備えるものである。
【0058】
前述した光送信器１１は、送信端クライアントインターフェース１１０、送信データ生成部１１１、光波形生成部１１２、学習データＤＢ（データベース）１４を有する。前述した光受信器１３は、光波形受信部１３０、波形歪補償部１３１、受信データ復調部１３２、受信端クライアントインターフェース１３３を有する。波形歪補償部１３１は線形波形歪補償部１３１０、非線形波形歪補償部１３１１を有する。
【0059】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪補償部１３１１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、非線形波形歪補償部１３１１は入力層１４０、中間層１４１、出力層１４２を有する。入力層１４０は積和演算部１５－０を有し、中間層１４１は積和演算部１５－１、代表値置換部１５１－１、乗算値ＬＵＴ１５２－１を有し、出力層１４２は積和演算部１５－２、代表値置換部１５１－２、乗算値ＬＵＴ１５２－２を有する。
【0060】
光送信器１１は、送信端クライアントインターフェース１１０より入力される要求トラヒックに基づいて、送信データ生成部１１１において多値変調方式や偏波多重分離方式を適用するためのシンボルマッピングを実施した上で光波形生成部１１２に入力する送信データを生成し、光波形生成部１１２において前述の送信データに基づいて光波形を生成し、接続する光ファイバ通信路１２に光波形を送信する。光受信器１３は、光波形受信部１３０において接続する光ファイバ通信路１２を伝搬した光波形をコヒーレント検波した上でアナログデジタル変換により得られた受信データに対して、波形歪補償部１３１が具備する線形波形歪補償部１３１０において当該受信データが含む線形の波形歪を補償し、非線形波形歪補償部１３１１において当該受信データが含む非線形の波形歪みを補償し、受信データ復調部１３２において多値変調方式および偏波多重分離方式の適用したことに伴うシンボルデマッピングを実施した上で、受信端クライアントインターフェース１３３から要求トラヒックを出力する。
【0061】
光送信器１１が具備する学習データＤＢ１４は、非線形波形歪補償部１３１１に対して教師付き学習に用いる学習データを保存し、教師付き学習を実施する折に、送信データ生成部１１１に保存する学習データを入力する。以降では、一例として教師付き学習の場合について動作を説明するが、教師なし学習の場合には学習データＤＢ１４を備える必要はない。
【0062】
次に、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪補償部において、学習を実施後に、前述した受信データが含む非線形波形歪を補償する動作について説明する。非線形波形歪補償部１３１１は、再帰型ニューラルネットワークであり、一例としての中間層が１層である場合について述べる。非線形波形歪補償部１３１１が具備する入力層１４０には波形歪補償部１３１に入力される受信データが入力され、出力層１４２から受信データが内包する非線形波形歪が補償された受信データが出力される。
【0063】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムが有する非線形波形歪補償部における処理を示すブロック図である。図４に示すように、入力層１４０において、受信データｓに対して、重み行列Ｗ０の積和演算、バイアス値ｂ０の加算、および活性化関数演算ｆ０を積和演算部１５－０にて順次実施し、ｆ０（ΣＷ０ｓ＋ｂ０）の値を出力する。次に、中間層１４１の入力値は、前述した入力層１４０の出力値（今後ｘと呼ぶ）と、併せて中間層自身の出力値ｒである。中間層１４１において、入力層１４０の出力値に対して重み行列Ｗｉｎとの積和演算を積和演算部１５－１にて実施し、中間層１４１の出力値に対応する代表値に代表値置換部１５１－１において置換した上で当該代表値に対応する乗算値を乗算値ＬＵＴ１５２－１より読み出した値を積和演算部１５－１において各々足し上げて、バイアス値ｂＲを加算した後で活性化関数演算ｆＲを積和演算部１５－１において実施する。すなわち、図４に示す通り、時刻ｔの入力層１４０の出力値ｘ（今後ｘｔと呼ぶ）に対して、ｆＲ（ΣＷｉｎｘｔ＋ΣＷＲｒｔ－１＋ｂＲ）を時刻ｔにおける中間層の出力値ｒｔとして出力層１４２へと出力する。ここで、ＷＲｒｔ－１は積和演算により算出する値ではなく、前述の通りｒｔ－１に対応する代表値に基づいて乗算値ＬＵＴを読み出すことで得る値である。最後に、出力層１４２の入力値は、前述した中間層１４１の出力値ｒであって、出力層１４２において、中間層１４１の出力値ｒに対応する代表値に代表値置換部１５１－２において置換した上で当該代表値に対応する乗算値を乗算値ＬＵＴ１５２－２より読み出した値を積和演算部１５－２において各々足し上げて、バイアス値ｂｏｕｔと加算する。すなわち、図４に示す通り、時刻ｔの中間層１４１の出力値ｒｔに対して、ΣＷｏｕｔｒｔ＋ｂｏｕｔが時刻ｔにおける出力層の出力値である。ここで、Ｗｏｕｔｒｔは積和演算により算出する値ではなく、前述の通りｒｔに対応する代表値に基づいて乗算値ＬＵＴを読み出すことで得る値である。
【0064】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪補償部１３１１－０の構成を示すブロック図であり、入力層１４０－０が活性化関数ＬＵＴ１５３－０を有し、中間層が活性化関数ＬＵＴ１５３－１を有する点が図３に示した非線形波形歪補償部１３１１との構成上の差分である。
前述した非線形波形歪補償部１３１１において、入力層１４０と中間層１４１での活性化関数演算をそれぞれ積和演算部１５－０、１５－１にて実施したが、非線形波形歪補償部１３１１－０では活性化関数ＬＵＴ１５３－０、１５３－１を参照して、各々、入力層１４０と中間層１４１の値を得る点が動作上の差分である。
前述した非線形波形歪補償部１３１１において、入力層１４０と中間層１４１での活性化関数演算をそれぞれ積和演算部１５－０、１５－１にて実施したが、非線形波形歪補償部１３１１－０では活性化関数ＬＵＴ１５３－０、１５３－１を参照して、各々、入力層１４０と中間層１４１の値を得る点が動作上の差分である。
【0065】
なお、波形歪等化方式では再帰型ニューラルネットワークを用いて回帰問題を解くことが一般的であるため、出力層１４２において活性化関数演算を実施しないが、出力層１４２が備える積和演算部１５－２を用いて活性化関数演算を実施することも可能である。また、出力層１４２が入力層１４０－１、中間層１４１－１と同様に活性化関数ＬＵＴを備えれば活性化関数ＬＵＴを参照して出力層の出力値を得ることも可能である。
【0066】
また、入力層１４０への入力としては前述した受信データｓに限らず、受信データに対して前処理を実施した前処理済み受信データを採用することも可能である。前処理の一例としては主成分分析、ヴォルテラ核処理、ｔａｎｈ関数処理が選択できる。
【0067】
続いて、本発明の第１の実施形態に係る波形等化方式の学習手段に関して説明する。
【0068】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る波形等化方式を採用する非線形波形歪補償部１３１１に対する学習プログラム１６０の構成を示すブロック図である。図６に示すように、学習プログラム実行計算機１６上で学習プログラム１６０が実行され、当該学習プログラム１６０は学習データＤＢ１４－１、波形歪等化プログラム１６１、差分計算部１６２、重み・バイアス計算部１６３、波形等化設定決定部１６４を有する。前述した波形歪等化プログラム１６１は、線形波形歪等化プログラム１６１０、非線形波形歪等化プログラム１６１１を有する。非線形波形歪等化プログラム１６１１は入力層１７０、中間層１７１、出力層１７２を有する。入力層１７０、中間層１７１、出力層１７２は積和演算部１５－０、１５－１、１５－２をおのおの有する。
【0069】
図６に示すように、光受信器１３と学習プログラム実行計算機１６とが接続され、光波形受信部１３０で取得した受信データを波形歪等化プログラム１６１に入力し、学習プログラムの実行後に波形等化設定決定部１６４より非線形波形歪補償部に決定した設定値として、重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、ＷＲ、Ｗｏｕｔ、バイアス値ｂ０、ｂＲ、ｂｏｕｔ、中間層１４１の出力値ｒの代表値、および重み行列ＷＲ、Ｗｏｕｔと当該代表値との積についてＬＵＴに格納する値を通知する。また、非線形波形歪等化プログラムで用いた活性化関数を波形等化設定決定部１６４より非線形波形歪補償部に通知することも可能であり、活性化関数ＬＵＴを具備する非線形波形歪補償部に対しては当該活性化関数ＬＵＴに格納する値を通知することが可能である。
【0070】
なお、複数の光受信器１３を有する光通信システムにおいて、学習プログラム実行計算機は学習を要する光受信器に接続して汎用的に学習を実行することが可能である。なお、学習プログラム実行計算機として、汎用的なコンピュータ、マイコン、ＦＰＧＡなどを用いることができる。
【0071】
次に、本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪補償部に対する学習プログラムの動作を説明する。図７は本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪補償部に対する学習プログラムの動作を説明するためのシーケンス図である。図８は本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪等化プログラムにおける処理を示すブロック図である。
【0072】
図７に示すように、学習プログラム実行計算機１６が動作する状態において、学習プログラム１６０を起動する（ステップＳ０１）。次に、光送信器１１において学習データＤＢ１４より読み出した送信データに基づいて光波形生成部１１２を用いて生成した光波形を送信する（ステップＳ０２）。光ファイバ通信路１２を伝送した光波形を光受信器１３が備える光波形受信部１３０において取得し、取得した受信データを学習プログラム実行計算機１６に入力する（ステップＳ０３）。学習プログラム１６０中で動作する波形歪等化プログラム１６１に前述した受信データを入力し、線形波形歪等化プログラム１６１０および非線形波形歪等化プログラム１６１１において波形歪を等化した後の受信データを差分計算部１６２に入力する（ステップＳ０４）。非線形波形歪等化プログラム１６１１においては、図８に示すように、入力層１７０において、受信データｓに対して、重み行列Ｗ０の積和演算、バイアス値ｂ０の加算、および活性化関数演算ｆ０を積和演算部１５－０にて順次実施し、ｆ０（ΣＷ０ｓ＋ｂ０）の値を出力する。次に、中間層１７１の入力値は、前述した入力層１７０の出力値ｘと、併せて中間層自身の出力値ｒである。中間層１７１において、入力層１７０の出力値ｘに対して重み行列Ｗｉｎとの積和演算を、中間層の出力値ｒに対して重み行列ＷＲとの積和演算を積和演算部１５－１にて実施し、バイアス値ｂＲを加算した後でさらに活性化関数演算ｆＲを積和演算部１５－１において実施する。すなわち、時刻ｔの入力層１７０の出力値ｘｔに対して、ｆＲ（ΣＷｉｎｘｔ＋ΣＷＲｒｔ－１＋ｂＲ）を時刻ｔにおける中間層の出力値ｒｔとして出力層１７２へと出力する。最後に、出力層１７２の入力値は、前述した中間層１７１の出力値ｒであって、出力層１７２において、中間層１７１の出力値ｒに対して重み行列Ｗｏｕｔとの積和演算を積和演算部１５－２にて実施し、バイアス値ｂｏｕｔと加算する。重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、ＷＲ、Ｗｏｕｔ初期値としては単位行列、ランダム行列、または光ファイバ通信路１２の特徴量に基づいて決定した行列を選択することができ、バイアス値ｂ０、ｂＲ、ｂｏｕｔの初期値としてはゼロ、固定値、ランダムな値を選択することができる。次に、差分計算部１６２において、学習データＤＢ１４－１より読み出した学習データと前述した歪等化後の受信データとの時間相関を計算した上で、時間相関の絶対値が最大となるタイミングにおいて、当該学習データと当該歪等化後の受信データとの差分を計算する（ステップＳ０５）。差分としては平均２乗誤差、および交差エントロピーを用いることが可能である。前述した差分値が事前に指定した閾値を下回ったかどうかを判定し（ステップＳ０６）、判定結果が真の場合には、非線形波形歪等化プログラム１６１１が保持する重み行列およびバイアス値に基づいた波形歪等化を受信データに適用し、中間層１７１および出力層１７２の入力値各々について頻度分布を計算したうえで、高頻度で取り得る値を代表値として決定する。当該代表値に関して重み行列との乗算値を算出し、乗算値ＬＵＴ１５２－１、１５２－２の値として決定する（ステップＳ０７）。また、判定結果が偽の場合には、重み・バイアス計算部１６３において、前述した差分に基づいて非線形波形歪等化プログラム１６１１が保持する重み行列およびバイアス値を更新し、更新した重み行列およびバイアス値を非線形波形歪等化プログラム１６１１に反映する（ステップＳ０８）。なお、更新アルゴリズムとして確率的勾配降下法やＡｄａｍ法、ＲＭＳＰｒｏｐ法などを用いることが可能である。最後に、ステップＳ０７で決定した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値に基づいて、受信データに対して波形歪等化プログラム１６１を適用したときの通信品質を算出し、改善が得られることを確認した上で、前述した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値ＬＵＴの値を非線形波形歪補償部１３１１に反映する（ステップＳ０９）。なお、通信品質としては、シンボル誤り率、ビット誤り率、Ｑ値、Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ、相互情報量、一般化相互情報量、正規化相互情報量を選択可能である。なお、ステップＳ０６の試行回数の上限値を予め設定しておいて、上限値に到達しても判定結果が偽である場合に、前述した重み行列の初期値およびバイアス値の初期値を再選択した上で、ステップＳ０４から再試行してもよい。
【0073】
図９は本発明の第１の実施形態に係る非線形波形歪等化プログラムにおける中間層の出力値ｒの頻度分布の一例を示す図である。図９に示す一例では、中間層の出力値ｒの頻度分布が０から０．５に分布しており、特に値がゼロ近傍に局在していることがわかる。そのため、頻度分布を確認することで中間層の出力値として高頻度で取り得る値がわかる。この高頻度で取り得る値をステップＳ０７において代表値として選択することを述べた。代表値の決定方法としては、中間層の出力値の値域に関して、頻度計数区間を等間隔に非線形波形歪補償部１３１１のビット精度分取った上で、事前に決定した頻度の閾値以上となる区間の中央値あるいは平均値を代表値として決定する方法が考えられる。または、頻度が一定値になるように割り当てた頻度計数区間の中央値あるいは平均値を代表値として決定してもよい。
【0074】
以上の動作により、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式において、波形歪等化方式の学習を完了する。前出した学習は、学習手段を適用する端局装置の初期導入時のみでなく、光通信システムの運用中に他の端局装置を導入する折、端局装置間の光接続を変更する際、および通信品質の低減が検出されたことを契機として、非線形波形歪補償部の再調整が必要となった状況に置いて実施することが可能である。
【0075】
上述した、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式では、中間層の出力値を当該中間層に再入力することで再帰的に中間層を利用し、さらに中間層および出力層の出力値を代表値に近似した上で、前述の層における積和演算部の乗算部の解をＬＵＴに事前に格納することで実装可能な回路規模で非線形波形歪等化を実現できるため、大容量光通信システムの長距離化を達成できる。
【0076】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、本実施形態においては、第２の実施形態による波形歪等化方式を採用する端局装置を備える光通信システム２０について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る光通信システム２０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光通信システム２０は、光送信器２１、光ファイバ通信路１２、光受信器２３、学習プログラム実行計算機１６を有する。ここでは、光通信システム２０が光送信器２１と光受信器２３とが光ファイバ通信路１２に接続する場合を例に説明するが、光送信器および光受信器の台数はこれに限らない。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、本実施形態においては、第２の実施形態による波形歪等化方式を採用する端局装置を備える光通信システム２０について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る光通信システム２０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光通信システム２０は、光送信器２１、光ファイバ通信路１２、光受信器２３、学習プログラム実行計算機１６を有する。ここでは、光通信システム２０が光送信器２１と光受信器２３とが光ファイバ通信路１２に接続する場合を例に説明するが、光送信器および光受信器の台数はこれに限らない。
【0077】
前述した光送信器２１は、送信端クライアントインターフェース１１０、送信データ生成部１１１、光波形生成部１１２、波形歪予等化部２１３、学習データＤＢ１４を有する。前述した光受信器２３は、光波形受信部１３０、波形歪補償部２３１、受信データ復調部１３２、受信端クライアントインターフェース１３３を有する。波形歪補償部２３１は線形波形歪補償部２３１０を有する。
【0078】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪予等化部２１３１の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、非線形波形歪予等化部２１３１は入力層２４０、中間層２４１、出力層２４２を有する。入力層２４０は積和演算部２５－０、乗算値ＬＵＴ２５２－０を有し、中間層２４１は積和演算部２５－１、代表値置換部２５１－１、乗算値ＬＵＴ２５２－１を有し、出力層２４２は積和演算部２５－２、代表値置換部２５１－２、乗算値ＬＵＴ２５２－２を有する。
【0079】
光送信器２１は、送信端クライアントインターフェース１１０より入力される要求トラヒックに基づいて、送信データ生成部１１１において多値変調方式や偏波多重分離方式を適用するためのシンボルマッピングを実施した上で光波形生成部１１２に入力する送信データを生成する。波形歪予等化部２１３は、前述した送信データに対して、光波形生成部１１２、光ファイバ通信路１２、および、光波形受信部１３０において生じる波形歪みを予等化する。具体的には、波形歪予等化部２１３が具備する線形波形歪予等化部２１３０において、当該送信データに対して線形の波形歪を予等化し、非線形波形歪予等化部２１３１において当該送信データに対して非線形の波形歪みを予等化する。予等化後の送信データに基づいて、光波形生成部１１２において光波形を生成し、接続する光ファイバ通信路１２に光波形を送信する。光受信器２３は、光波形受信部１３０において受信光波形をコヒーレント検波した上でアナログデジタル変換により得られた受信データに対して、波形歪補償部２３１が具備する線形波形歪補償部２３１０において当該受信データが含む線形の波形歪を補償し、受信データ復調部１３２において多値変調方式および偏波多重分離方式の適用したことに伴うシンボルデマッピングを実施した上で、受信端クライアントインターフェース１３３から要求トラヒックを出力する。
【0080】
光送信器２１が具備する学習データＤＢ１４は、非線形波形歪予等化部２１３１に対して教師付き学習に用いる学習データを保存し、教師付き学習を実施する折に、送信データ生成部１１１に保存する学習データを入力する。
【0081】
次に、本発明の第２の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪予等化部において、学習を実施後に、送信データに対して非線形波形歪を予等化する動作について説明する。非線形波形歪予等化部２１３１は、再帰型ニューラルネットワークで構成され、一例としての中間層が１層である場合について述べる。非線形波形歪予等化部２１３１が具備する入力層２４０には前述した送信データが入力され、出力層２４２から非線形波形歪が予等化された送信データが出力される。
【0082】
本発明の第２の実施形態に係る非線形波形歪予等化部における処理は、図４に示した本発明の第１の実施の形態に係る非線形波形歪補償部における処理と同様であるが、入力層２４０が乗算値ＬＵＴ２５２－０を備え、受信データに対する重み行列との積和演算値をＬＵＴより読み出す点が異なる。入力層２４０へ入力される送信データが離散値を取る性質とＩ／Ｑ軸に関する対称性を活用することで、積和演算部２５－０において積の値の候補が限定され得るため、当該乗算値を乗算値ＬＵＴ２５２－０に格納することで、積和演算部の回路規模を削減しつつ、入力層２４０の役割を持たせることが可能である。すなわち、入力層２４０において、受信データｓに対して、重み行列Ｗ０と積を乗算値ＬＵＴ２５２－０を参照した上で足し合わせ、さらにバイアス値ｂ０の加算、および活性化関数演算ｆ０を積和演算部２５－０にて順次実施し、ｆ０（ΣＷ０ｓ＋ｂ０）の値を中間層２４１へ出力する。なお、送信データが離散値を取る性質とＩ／Ｑ軸に対する対称性を最大限活用するために、非線形波形歪予等化を実施した上で、線形波形歪予等化を実施するのが望ましい。線形波形歪予等化を先に実施する場合には、送信データの性質が変わることが考え得るため、入力層２４０、２４０－０が代表値置換部を有し、図１０Ａおよび図１０Ｂに示したように、高頻度に取り得る代表値に関して乗算値ＬＵＴ２５２－０を構成すればよい。
【0083】
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る波形歪等化方式を採用する非線形波形歪予等化部２１３１－０の構成を示すブロック図であり、入力層２４０－０が乗算値ＬＵＴ２５２－０、活性化関数ＬＵＴ１５３－０、および、加算部２５４－０から構成され、中間層が活性化関数ＬＵＴ１５３－１を有する点が図１２に示した非線形波形歪予等化部２１３１との構成上の差分である。
【0084】
前述した非線形波形歪予等化部２１３１において、入力層２４０と中間層２４１での活性化関数演算をそれぞれ積和演算部２５－０、２５－１にて実施したが、非線形波形歪予等化部２１３１－０では活性化関数ＬＵＴ２５３－０、２５３－１を参照して、各々、入力層２４０－０と中間層２４１－０の値を得る点が動作上の差分である。さらに、入力層２４０－０において、受信データｓと重み行列Ｗ０と積を乗算値ＬＵＴ２５２－０を参照することで得るため、加算部２５４－０のみで十分である。
【0085】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る波形等化方式の学習手段に関して説明する。図１１に示すように、学習プログラム実行計算機１６と光受信器２３とが接続され、光波形受信部１３０で取得した受信データに基づいて学習を実行する。また、学習プログラム実行計算機１６での計算結果を反映するために、学習プログラム実行計算機１６より光送信器２１が備える非線形波形歪予等化部２１３１に、重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、ＷＲ、Ｗｏｕｔ、バイアス値ｂ０、ｂＲ、ｂｏｕｔ、重み行列Ｗ０と送信データとの積についてＬＵＴに格納する値、中間層２４１の出力値ｒの代表値、および、重み行列ＷＲ、Ｗｏｕｔと当該代表値との積についてＬＵＴに格納する値を通知する。また、非線形波形歪等化プログラムで用いた活性化関数を非線形波形歪予等化部に通知することも可能であり、活性化関数ＬＵＴを具備する非線形波形歪予等化部に対しては当該活性化関数ＬＵＴに格納する値を通知することが可能である。
【0086】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る非線形波形歪予等化部に対する学習プログラムの動作を説明するためのシーケンス図である。図１４に示すように、学習プログラム実行計算機１６が動作する状態において、学習プログラム１６０を起動する（ステップＳ１１）。次に、光送信器２１において学習データＤＢ１４より読み出した送信データに基づいて光波形生成部１１２を用いて生成した光波形を送信する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、非線形波形歪予等化部２１３１における予等化を実施せずに送信データを光波形生成部１１２に送信する。光ファイバ通信路１２を伝送した光波形を光受信器２３が備える光波形受信部１３０において取得し、取得した受信データを学習プログラム実行計算機１６に入力する（ステップＳ１３）。学習プログラム１６０中で動作する波形歪等化プログラム１６１に前述した受信データを入力し、線形波形歪等化プログラム１６１０および非線形波形歪等化プログラム１６１１において波形歪を等化した後の受信データを差分計算部１６２に入力する（ステップＳ１４）。差分計算部１６２において、学習データＤＢ１４－１より読み出した学習データと前述した歪等化後の受信データとの時間相関を計算した上で、時間相関の絶対値が最大となるタイミングにおいて、当該学習データと当該歪等化後の受信データとの差分を計算する（ステップＳ１５）。前述した差分値が事前に指定した閾値を下回ったかどうかを判定し（ステップＳ１６）、判定結果が真の場合には、非線形波形歪等化プログラム１６１１が保持する重み行列およびバイアス値に基づいた波形歪等化を受信データに適用し、中間層１７１および出力層１７２の入力値各々について頻度分布を計算したうえで、高頻度で取り得る値を代表値として決定する。当該代表値に関して重み行列との乗算値を算出し、乗算値ＬＵＴ２５２－１、２５２－２の値として決定し、さらに、学習データが取り得る値に対して重み行列Ｗ０との乗算値を算出し、乗算値ＬＵＴ２５２－０の値として決定する（ステップＳ１７）。線形波形歪予等化を先に実施する場合には、線形波形歪等化プログラム１６１０において、前述した学習データに対して線形波形歪等化を実施し、当該線形波形歪等化済みの学習データについて頻度分布を計算したうえで、高頻度で取り得る値を代表値として決定する。
一方、判定結果が偽の場合には、重み・バイアス計算部１６３において、前述した差分に基づいて非線形波形歪等化プログラム１６１１が保持する重み行列およびバイアス値を更新し、更新した重み行列およびバイアス値を非線形波形歪等化プログラム１６１１に反映する（ステップＳ１８）。最後に、ステップＳ１７で決定した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値に基づいて、受信データに対して波形歪等化プログラム１６１を適用したときの通信品質を算出し、改善が得られることを確認した上で、前述した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値ＬＵＴの値を非線形波形歪予等化部２１３１に通知する（ステップＳ０９）。
一方、判定結果が偽の場合には、重み・バイアス計算部１６３において、前述した差分に基づいて非線形波形歪等化プログラム１６１１が保持する重み行列およびバイアス値を更新し、更新した重み行列およびバイアス値を非線形波形歪等化プログラム１６１１に反映する（ステップＳ１８）。最後に、ステップＳ１７で決定した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値に基づいて、受信データに対して波形歪等化プログラム１６１を適用したときの通信品質を算出し、改善が得られることを確認した上で、前述した重み行列、バイアス値、代表値、乗算値ＬＵＴの値を非線形波形歪予等化部２１３１に通知する（ステップＳ０９）。
【0087】
一般に、光波形受信部１３０で取得する受信データの方が、学習プログラム実行計算機１６から非線形波形歪予等化部２１３１に通知する値よりも容量が大きいため、学習プログラム実行計算機は光受信器２３が導入される局舎に設置されるのが望ましい。その場合に、学習プログラム実行計算機１６から非線形波形歪予等化部２１３１への通知は光通信システムの監視制御用通信路を用いて実施することや、端局装置間の内部通知機能を用いることが考えられる。
【0088】
以上の動作により、本発明の第２の実施形態に係る波形歪等化方式において、波形歪等化方式の学習を完了する。
【0089】
上述した、本発明の第２の実施形態に係る波形歪等化方式では、中間層の出力値を当該中間層に再入力することで再帰的に中間層を利用し、さらに中間層および出力層の出力値を代表値に近似した上で、前述の層における積和演算部の乗算部の解をＬＵＴに事前に格納し、また、送信データが離散値を取る性質とＩ／Ｑ軸に関する対称性を活用することで、入力層においても乗算値ＬＵＴの適用が可能になるため、実装可能な回路規模で非線形波形歪等化を実現でき、大容量光通信システムの長距離化を達成できる。
【0090】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【0091】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
本開示にかかる波形歪等化方法、端局装置、および光通信システムによれば、光通信システムの長距離化により非線形波形歪等化に必要となる中間層の層数が増大し回路規模が増大する問題に対して、中間層の出力値を当該中間層に再入力することで再帰的に積和演算部を利用し、さらに中間層および出力層の出力値の頻度分布を参照し、当該頻度分布によれば前述した出力値が高頻度に特定の値（代表値と呼ぶ）を取る性質を活用することで、中間層および出力層の出力値を代表値に近似した上で、前述の層における積和演算部の乗算部の解をルックアップテーブルに事前に格納しておくことで、実装可能な回路規模で非線形波形歪等化を実現できるため、大容量光通信システムの長距離化を達成できる。
本開示にかかる波形歪等化方法、端局装置、および光通信システムによれば、光通信システムの長距離化により非線形波形歪等化に必要となる中間層の層数が増大し回路規模が増大する問題に対して、中間層の出力値を当該中間層に再入力することで再帰的に積和演算部を利用し、さらに中間層および出力層の出力値の頻度分布を参照し、当該頻度分布によれば前述した出力値が高頻度に特定の値（代表値と呼ぶ）を取る性質を活用することで、中間層および出力層の出力値を代表値に近似した上で、前述の層における積和演算部の乗算部の解をルックアップテーブルに事前に格納しておくことで、実装可能な回路規模で非線形波形歪等化を実現できるため、大容量光通信システムの長距離化を達成できる。
【0092】
本発明の開示についてさらに説明する。
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、構成要素、値、動作、材料、配置などの具体的な例を説明する。もちろん、これらは単なる例であり、限定することを意図するものではない。他の構成要素、値、動作、材料、配置なども考えられる。例えば、以下の説明における第２の特徴の上側または上の第１の特徴の形成は、第１および第２の特徴が直接接触して形成される実施形態を含むことができ、第１および第２の特徴が直接接触しないように、追加の特徴が第１および第２の特徴の間に形成され得る実施形態も含むことができる。加えて、本開示は、様々な例において参照番号および／または文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、単純化および明確化のためのものであり、それ自体は、説明した様々な実施形態および／または構成の間の関係を規定するものではない。
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、構成要素、値、動作、材料、配置などの具体的な例を説明する。もちろん、これらは単なる例であり、限定することを意図するものではない。他の構成要素、値、動作、材料、配置なども考えられる。例えば、以下の説明における第２の特徴の上側または上の第１の特徴の形成は、第１および第２の特徴が直接接触して形成される実施形態を含むことができ、第１および第２の特徴が直接接触しないように、追加の特徴が第１および第２の特徴の間に形成され得る実施形態も含むことができる。加えて、本開示は、様々な例において参照番号および／または文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、単純化および明確化のためのものであり、それ自体は、説明した様々な実施形態および／または構成の間の関係を規定するものではない。
【0093】
さらに、「真下」、「下」、「下側」、「上」、「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるように、１つの要素または特徴と別の要素または特徴との関係を記載するための説明を容易にするために本明細書では使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示す向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを包含することを意図している。装置は、他の方向に向けられてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて同様に解釈されてもよい。
【0094】
上述したように、光通信は、高速で信頼性の高いデータ転送に対する信頼のために増加している。光通信は、場合によっては、光ファイバなどの光通信路に沿って進む光信号を使用して行われる。光信号が光通信路に沿って伝播するにつれて、信号は劣化する。場合によっては、信号劣化は、例えば、光ファイバのコア／クラッド界面での不完全な反射による強度の損失、例えば、光ファイバとの不整合による分散、または例えば、光ファイバの曲げによる光通信路の物理的条件に影響を与える他の要因に起因する。この信号劣化は、光通信路の長さが長くなるほど大きくなる。この劣化の一部は本質的に線形であり、光信号を復号するときに考慮することが比較的容易である。しかし、この劣化の一部は本質的に非線形であり、光信号を復号するときに考慮することがより困難な場合がある。その結果、光信号の非線形歪みが増加するにつれて、データの損失または光信号の不正確な復号のリスクが増大する。
【0095】
他の手法は、非線形歪みをどのように補償するかを決定するために、経験豊富な技術者に依存して光通信システムを解析するものである。このプロセスは、高価で時間がかかる。本明細書は、非線形歪みの補償の高速化および低コスト化を図るために、自動学習を使用する光通信システムを含む。本明細書は、光通信システムの端局装置内に収まるように十分に小さく、非線形波形歪みの精度が良くかつ正確な補償を提供するように十分に堅牢な非線形波形歪み補償部を含む。
【0096】
本明細書の光通信システムおよび端局装置はまた、経時的な光通信路の性能の変化を補償するためにも使用可能である。多くの状況において、長距離光通信路の一部は容易にアクセスできない。例えば、大洋もしくは海の中にある光通信路、山を通過する光通信路、または遠隔地にある光通信路は、アクセスが困難であり、かつ光通信路の一部を交換もしくは修理することが困難である。光通信路の耐用年数の間、光通信路の物理的特性は、例えば地震、津波、または他の自然災害によって変化する傾向がある。物理的特性のこれらの変化を補償するために、端局装置は、光信号に対する新しい非線形歪みを補償するように再調整される。熟練技術者に依存する手法では、新しい補償モデルを開発する時間は、新しい補償モデルが開発および展開されるまで、通信が不正確になる、低減される、または完全に中断されるリスクを増加させる。何らかの自然災害によって物理的特性が変化している状況では、熟練技術者を適切な場所に派遣して光通信路の解析を開始するまでの期間が長くなる可能性がある。これらの問題を解決するのを助けるために、本明細書は、光通信システムの端局装置に直接展開することが可能な自動学習を利用して、独立した方式で光信号の非線形歪みに対する新しい補償モデルを生成することを可能にすることができる。その結果、光通信路に沿った通信に対する影響の大きさと時間の両方が低減され、光通信路の物理的特性の変化に追従して光通信の維持または急速な回復を可能にする。
【0097】
加えて、光通信路の構成要素の通常の摩耗により、光通信路の物理的特性の変化も生じる。本明細書のこの自動学習機能は、非線形歪みの補償モデルに対する定期的な更新を容易にし、光通信システム内の緩やかな劣化を考慮するのに役立つ。
【0098】
図２は、いくつかの実施形態による光通信システム１０のブロック図である。図２に示すように、光通信システム１０は、光送信器１１と、光ファイバ通信路１２と、光受信器１３と、学習プログラム実行計算機（以下、学習プログラム実行コンピュータと称する）１６とを含む。光通信システム１０は、単一の光ファイバ通信路１２によって単一の光受信器１３に接続された単一の光送信器１１を含む。当業者であれば、図２の構成要素の数は単なる例であり、光通信システム１０に導入されるマルチプレクサおよび／またはデマルチプレクサを使用することによって、光送信器１１、光ファイバ通信路１２、または光受信器１３のいずれかのうちの２つ以上が可能であることを理解するであろう。同様に、図２は単一の学習プログラム実行コンピュータを含むが、いくつかの実施形態では、当業者であれば、クラウドベースのコンピューティングを含む複数のコンピュータを使用して自動学習の実行が可能であることを理解するであろう。光送信器１１および光受信器１３の各々は、構成要素が光ファイバ通信路１２の終端に存在するために端局装置と呼ばれる。
【0099】
光送信器１１は、送信端（送信側）クライアントインターフェース１１０と、送信データ生成部１１１と、光波形生成部１１２と、学習データデータベース（ＤＢ）１４とを有する。光受信器１３は、光波形受信部１３０と、波形歪補償部（ｗａｖｅｆｏｒｍ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ：ＷＤＣＵ）１３１と、受信データ復調部１３２と、受信端（受信側）クライアントインターフェース１３３とを含む。波形歪補償部１３１は、線形波形歪補償部１３１０と、非線形波形歪補償部１３１１とを含む。
【0100】
光送信器１１は、送信データの電子版を作成するために、送信端クライアントインターフェース１１０からの要求入力データに基づいて、送信データ生成部１１１において多値変調方法または偏波多重分離方法を適用するためのシンボルマッピングを行う。いくつかの実施形態では、送信端クライアントインターフェース１１０は、イーサネットなどのネットワークインターフェースカード、タッチスクリーン、キーボード、マウス、オーディオ受信器などの入出力（Ｉ／Ｏ）部を含む。いくつかの実施形態では、送信データ生成部１１１は、一次元（１Ｄ）分布整合器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍａｔｃｈｅｒ：ＤＭ）を含む。いくつかの実施形態では、送信データ生成部１１１は、二次元（２Ｄ）ＤＭを含む。いくつかの実施形態では、送信データ生成部１１１は、ビットラベラを含む。いくつかの実施形態では、送信データ生成部１１１は、低密度パリティチェック（ｌｏｗ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ：ＬＤＰＣ）を含む。いくつかの実施形態では、送信データ生成部１１１は、１６ＱＡＭシンボル、３２ＱＡＭシンボル、または６４ＱＡＭシンボルなどのシェーピングされたＱＡＭシンボルを生成するように構成される。送信データは、光波形生成部１１２に入力される。光波形生成部１１２は、受信した送信データに基づいて光波形を生成する。いくつかの実施形態では、光波形生成部１１２は、光源からの光信号を変調することが可能な任意の波形発生器（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＡＷＧ）を含む。いくつかの実施形態では、光源は、１つまたは複数の波長の光を放出することが可能なレーザを含む。
【0101】
光波形は、光ファイバ通信路１２に送信される。いくつかの実施形態では、光ファイバ通信路１２は、光学的に透明な材料のコアと、コアよりも高い屈折率を有するクラッドとを含む。いくつかの実施形態では、光ファイバ通信路１２は、円形断面、長方形断面、または別の適切な断面形状を有する。
【0102】
光受信器１３は、光ファイバ通信路１２からの光波形を受信するように構成された光波形受信部１３０を含む。光波形受信部１３０は、光波形のコヒーレント検波を行った後、例えば、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用してアナログ－デジタル変換を行い、受信データ信号を生成する。波形歪補償部１３１は、受信データ信号を受信し、受信データに対して補償動作を行う。線形波形歪補償部１３１０は、受信データに含まれる線形波形歪みを補償し、非線形波形歪補償部１３１１は、受信データに含まれる非線形波形歪みを補償する。受信データ復調部１３２は、補償された信号に対して多値復調を行い、復調信号を生成する。シンボル復調または偏波多重分離方法を行った後、復調信号は、受信端クライアントインターフェース１３３を使用してエンドユーザに出力される。いくつかの実施形態では、受信端クライアントインターフェース１３３は、イーサネットなどのネットワークインターフェースカード、タッチスクリーン、ディスプレイ、オーディオデバイスなどの入出力（Ｉ／Ｏ）部を含む。
【0103】
光送信器１１における学習データＤＢ１４は、非線形波形歪補償部１３１１における教師あり学習に使用可能な学習データを記憶し、教師あり学習を行う際には送信データ生成部１１１に学習データを保存する。以下、教師あり学習の例を使用して学習動作を説明する。当業者であれば、教師なし学習も可能であり、いくつかの実施形態では、教師なし学習が使用される場合、学習データＤＢ１４は省略されることを理解するであろう。
【0104】
波形歪補償部１３１は、いくつかの実施形態によれば、学習が完了した後に非線形波形歪みを補償する波形歪み等化方法を採用する。非線形波形歪補償部１３１１は、再帰的ニューラルネットワークであり、以下では、一例として中間層が１つの層である例について説明する。しかし、当業者であれば、非線形波形歪補償部１３１１内の複数の再帰的層も本明細書の範囲内であることを認識するであろう。
【0105】
学習プログラム実行コンピュータ１６は、光波形受信部１３０から受信データを受信し、学習データを非線形波形歪補償部１３１１に提供するように構成される。学習プログラム実行コンピュータ１６の動作に関するさらなる詳細は、いくつかの実施形態に従って、図６に関して以下に説明される。
【0106】
図３は、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪み補償部のブロック図である。いくつかの実施形態では、図３の非線形波形歪み補償部は、光通信システム１０の非線形波形歪補償部１３１１に対応する。いくつかの実施形態では、図３の非線形波形歪み補償部は、光通信システム１０とは異なる光システムに含まれる。明確にするために、説明では、図３の非線形波形歪補償部に参照番号１３１１を使用する。
【0107】
非線形波形歪補償部１３１１は、非線形波形歪補償部１３１１を含む回路全体のサイズを削減するために、再帰的中間層を有するニューラルネットワークの機能を含む。図３に示すように、非線形波形歪補償部１３１１は、入力層１４０と、中間層１４１と、出力層１４２とを有する。入力層１４０は、積和（ｐｒｏｄｕｃｔ－ｓｕｍ：ＰＳ）演算部１５－０を有する。波形歪補償部１３１に入力された受信データは、非線形波形歪補償部１３１１に含まれる入力層１４０に入力される。中間層１４１は、積和演算部１５－１と、代表（Ｒｅｐ．）値置換部１５１－１と、乗算値ＬＵＴ１５２－１とを有する。出力層１４２は、積和演算部１５－２と、代表値置換部１５１－２と、乗算値ＬＵＴ１５２－２とを有する。受信データに含まれる非線形波形歪みが補償された受信データが、出力層１４２から出力される。
【0108】
図４は、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪み補償部のブロック図である。いくつかの実施形態では、図４の非線形波形歪み補償部は、光通信システム１０の非線形波形歪補償部１３１１に対応する。いくつかの実施形態では、図４の非線形波形歪み補償部は、光通信システム１０とは異なる光システムに含まれる。明確にするために、説明では、図４の非線形波形歪補償部に参照番号１３１１を使用する。
【0109】
図４に示すように、入力層１４０では、重み行列Ｗ０の積和演算、バイアス値ｂ０の加算、および活性化関数演算ｆ０が積和演算部１５－０によって受信データｓに対して行われる。入力層１４０は、ｆ０（ΣＷ０ｓ＋ｂ０）の値を出力する。次に、中間層１４１の入力値は、上述した入力層１４０の出力値である。簡単にするために、中間層１４１の入力値は、ｘとラベル付けされる。中間層の出力値はｒとラベル付けされ、代表値と呼ばれる。中間層１４１では、重み行列Ｗｉｎによる積和計算が、積和演算部１５－１によって中間層１４１の入力値ｘに対して行われる。代表値置換部１５１－１を使用して代表値ｒｔ－１を置換し、その代表値に対応する乗算値ＬＵＴ１５２－１から乗算値ＷＲを乗算した後、積和演算部１５－１では、バイアス値ｂＲが加算される。活性化関数演算ｆＲは、積和演算部１５－１において計算される。すなわち、反復、またはエポックごとの中間層１４１の出力値は、式（１）を使用して決定される。
ｒｔ＝ｆＲ（ΣＷｉｎｘｔ＋ΣＷＲｒｔ－１＋ｂＲ） 式（１）
ｒｔ＝ｆＲ（ΣＷｉｎｘｔ＋ΣＷＲｒｔ－１＋ｂＲ） 式（１）
【0110】
ここで、ｒｔは、時間ｔにおける中間層１４１の出力であり、ｘｔは、時間ｔにおける中間層１４１の入力値である。ＷＲの値は、積和演算によって計算された値ではなく、ｒｔ－１に対応する代表値に基づいて乗算値ＬＵＴ１５２－１を読み出すことによって得られた値である。
【0111】
出力層１４２の入力値は、中間層１４１の最後の反復またはエポックにおける中間層１４１の出力値ｒである。出力層１４２では、中間層１４１の出力値に対応する代表値ｒが、代表値置換部１５１－２において代表値に置き換えられる。置換後、代表値に対応する乗算値Ｗｏｕｔが代表値ｒｔに乗算され、続いて積和演算部１５－２によってバイアス値ｂｏｕｔに加算される。乗算値Ｗｏｕｔは、乗算値ＬＵＴ１５２－２から読み出された値である。すなわち、出力層１４２の出力値ｙｔは、式（２）を使用して決定される。
ｙｔ＝ΣＷｏｕｔｒｔ＋ｂｏｕｔ
ｙｔ＝ΣＷｏｕｔｒｔ＋ｂｏｕｔ
【0112】
上述したように、Ｗｏｕｔは、積和演算によって計算された値ではなく、ｒｔに対応する代表値に基づいて乗算値ＬＵＴ１５２－２を読み出すことによって得られた値である。
【0113】
図５は、いくつかの実施形態による図２の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪補償部１３１１－０のブロック図である。非線形波形歪補償部１３１１－０は、非線形波形歪補償部１３１１と同様である。非線形波形歪補償部１３１１と比較して、非線形波形歪補償部１３１１－０は、入力層１４０－０が活性化関数ＬＵＴ１５３－０を含む波形歪み等化方法を採用しており、中間層は、活性化関数ＬＵＴ１５３－１を有する。
【0114】
非線形波形歪補償部１３１１において、入力層１４０および中間層１４１における活性化関数演算は、それぞれ積和演算部１５－０および１５－１によって行われた。しかし、非線形波形歪補償部１３１１－０では、それぞれ活性化関数ＬＵＴ１５３－０および１５３－１を使用して、入力層１４０および中間層１４１についての活性化関数の値が決定される。
【0115】
波形歪み等化方法における回帰問題を解くために、再帰的ニューラルネットワークが使用可能である。その結果、活性化関数計算は出力層１４２では行われない。積和演算部１５－２は、依然として出力層１４２に含まれる。いくつかの実施形態では、活性化関数演算は、積和演算部１５－２を使用して行われる。さらに、いくつかの実施形態では、出力層１４２が入力層１４０－１および中間層１４１－１のように活性化関数ＬＵＴを含む場合、活性化関数ＬＵＴを参照することによって出力層の出力値を得ることも可能である。
【0116】
さらに、入力層１４０への入力は、上述した受信データに限定されない。いくつかの実施形態では、受信データに対して前処理を行うことによって得られた前処理された受信データが使用される。主成分解析、Ｖｏｌｔｅｒｒａ核処理、およびｔａｎｈ関数処理は、上述の入力層１４０による演算の前に受信データに対して行われる前処理演算の例である。
【0117】
図６は、いくつかの実施形態による光通信システム１０の一部のブロック図である。学習プログラム実行コンピュータ１６は、いくつかの実施形態による波形等化方法を採用する非線形波形歪補償部１３１１のための学習プログラム（以下、学習部と称する）１６０を含む。この説明の目的のために、学習プログラムという用語は、学習プログラム実行コンピュータ１６に学習部１６０に関連する機能を実施させるための非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された命令のセットを指す。
【0118】
学習部１６０の機能は、学習プログラム実行コンピュータ１６上で実行され、学習部１６０は、学習データＤＢ１４－１と、波形歪等化プログラム（以下、波形歪等化部１６１と称する）と、差分計算部１６２と、重み・バイアス計算部１６３とを含む。学習部１６０はまた、波形等化設定決定部１６４を含む。波形歪等化部１６１は、線形波形歪等化プログラム（以下、線形波形歪等化部と称する）１６１０と、非線形波形歪等化プログラム（以下、非線形波形歪等化部１６１１と称する）とを含む。非線形波形歪等化部１６１１は、入力層１７０と、中間層１７１と、出力層１７２とを有する。入力層１７０、中間層１７１、および出力層１７２は各々、それぞれ積和演算部１５－０、１５－１、および１５－２を有する。
【0119】
光受信器１３と学習プログラム実行コンピュータ１６は接続されており、光波形受信部１３０によって取得された受信データは、波形歪等化部１６１に入力される。重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、ＷＲ、Ｗｏｕｔ、バイアス値ｂ０、ｂＲ、およびｂｏｕｔ、ならびに中間層１４１の出力値ｒは、非線形波形歪補償部１３１１に対して波形等化設定決定部１６４によって決定された設定値である。Ｗｏｕｔと代表値との積に関するＬＵＴに記憶される重み行列ＷＲ値は、非線形波形歪補償部１３１１に提供される。さらに、波形歪等化部１６１で使用される活性化関数もまた、波形等化設定決定部１６４から非線形波形歪補償部１３１１に送信することができる。いくつかの実施形態では、活性化関数ＬＵＴに記憶される値を送信することは、非線形波形歪補償部１３１１にも転送することができる。
【0120】
光通信システムが複数の光受信器１３を有するいくつかの実施形態では、学習プログラム実行コンピュータ１６は、学習を利用して一般的な目的のための学習を実行する光受信器に接続される。いくつかの実施形態では、学習プログラム実行コンピュータ１６の機能は、汎用コンピュータ、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡなどを使用して行われる。いくつかの実施形態では、学習プログラム実行コンピュータ１６の機能は、後述するシステム１５００（図１５）を使用して実施される。
【0121】
図７は、いくつかの実施形態による非線形波形歪みを補償するための学習方法７００のフローチャートである。いくつかの実施形態では、方法７００は、学習部１６０によって実行される。いくつかの実施形態では、方法７００は、光通信システムで使用可能な別の構成要素によって実行される。
【0122】
動作Ｓ０１において、学習部、例えば、学習部１６０は、学習プログラム実行コンピュータ、例えば、学習プログラム実行コンピュータ１６が動作している状態で起動される。いくつかの実施形態では、学習部は、検出されたトリガイベントに応答して起動される。いくつかの実施形態では、トリガイベントは、所定の期間の経過、検出された自然災害、光通信路から受信された波形の検出された変化、ユーザからの受信された命令、または別の適切なトリガイベントを含む。
【0123】
動作Ｓ０２において、光波形は、光波形生成部、例えば、光波形生成部１１２によって生成される。光波形は、光送信器、例えば、光送信器１１において学習データＤＢ、例えば、学習データＤＢ１４から読み出された送信データに基づいて生成される。
【0124】
動作Ｓ０３において、光波形は、光ファイバ通信路、例えば、光ファイバ通信路１２を介して送信される。送信された光波形は、光受信器、例えば、光受信器１３に含まれる光波形受信部、例えば、光波形受信部１３０によって受信される。受信データは、学習プログラム実行コンピュータ、例えば、学習プログラム実行コンピュータ１６に入力される。
【0125】
動作Ｓ０４において、受信データは、学習部で動作する波形歪等化部、例えば、波形歪等化部１６１に入力される。線形波形歪み等化部、例えば、線形波形歪等化部１６１０、および非線形波形歪み等化部、例えば、非線形波形歪等化部１６１１において波形歪みを等化した後、等化波形は、計算部、例えば、差分計算部１６２に転送される。いくつかの実施形態では、方法７００で使用される非線形波形歪み等化部は、図８の非線形波形歪等化部１６１１に対応する。
【0126】
図８は、いくつかの実施形態による非線形波形歪等化部１６１１のブロック図である。非線形波形歪等化部１６１１は、入力層１７０を含む。入力層１７０は、入力層１４０に関して上述したのと同様の積和演算および活性化関数演算を行うように構成される。非線形波形歪等化部１６１１は、中間層１７１をさらに含む。いくつかの実施形態では、中間層１７１は、中間層１４１と同様である。中間層１７１の入力値は、入力層１７０の出力値ｘであり、中間層１７１の再帰的出力値ｒは、中間層１７１にフィードバックされる。中間層１７１は、上記の式（１）を使用して、入力層１７０の出力値ｘに対する積和演算、および中間層１７１の出力値ｒに対する積和演算を行うように構成される。非線形波形歪等化部１６１１は、出力層１７２をさらに含む。いくつかの実施形態では、出力層１７２は、出力層１４２と同様である。出力層１７２の入力値は、中間層１７１の出力値ｒである。出力層１７２は、上記の式（２）を使用して積和演算を行うように構成される。いくつかの実施形態では、重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、ＷＲ、またはＷｏｕｔの各々の初期値は、光ファイバ通信路、例えば、光ファイバ通信路１２の特徴に基づいて決定される単位行列、ランダム行列、または行列として独立して設定される。いくつかの実施形態では、バイアス値ｂ０、ｂＲ、またはｂｏｕｔの各々の初期値は、０、固定値、またはランダム値として独立して設定される。いくつかの実施形態では、重み行列および／またはバイアス値の初期値は、ユーザから受信したデータに基づいて設定される。いくつかの実施形態では、重み行列および／またはバイアス値の初期値は、非線形波形歪等化部１６１１に対して受信データを供給するものと同様の光ファイバ通信路について得られた経験的データに基づいて設定される。
【0127】
方法７００に戻って、動作Ｓ０５において、差分計算部、例えば、差分計算部１６２は、訓練データＤＢから読み出された訓練データと歪み等化後の受信データとの間の時間相関差分を計算する。差分計算部は、時間相関差分の絶対値が最大値に達するタイミングを決定する。いくつかの実施形態では、差分計算部は、二乗平均平方根誤差解析または交差エントロピー解析を使用して最大時間相関差分を決定する。
【0128】
動作Ｓ０６において、最大時間相関差分値が所定の閾値を下回っているかどうかが決定される。最大時間相関差分が所定の閾値を下回っていないという決定に応答して、方法７００は、動作Ｓ０８に進む。最大時間相関差分が所定の閾値を下回っているという決定に応答して、方法７００は、動作Ｓ０７に進む。いくつかの実施形態では、所定の閾値は、ユーザから受信される。いくつかの実施形態では、所定の閾値は、同様の光通信路に関する経験的データに基づく。
【0129】
動作Ｓ０７において、重み行列の最新の反復およびバイアス値が非線形波形歪み等化部に記憶される。記憶された重み行列およびバイアス値に基づいて、歪み等化が光ファイバ通信路からの受信データに適用される。代表値は、等化された受信データに基づいて決定される。いくつかの実施形態では、代表値は、中間層１７１の各出力値に対して頻度分布を行うことによって決定される。最も多く発生する出力値は、代表値であると決定される。いくつかの実施形態では、中間層についての重み行列と出力層の重み行列の積が、代表値を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、重み行列の積は、ＬＵＴについての値、例えば、ＬＵＴ１５２－１およびＬＵＴ１５２－２を使用して決定される。
【0130】
動作Ｓ０８において、重み／バイアス計算部、例えば、重み・バイアス計算部１６３は、最大時間相関差分に基づいて非線形波形歪み等化部における重み行列およびバイアス値を更新する。そして、重み／バイアス計算部は、非線形波形歪み等化部における重み行列およびバイアス値を更新し、方法７００は、動作Ｓ０４に戻る。いくつかの実施形態では、重み／バイアス計算部は、確率的勾配降下法、Ａｄａｍ法、ＲＭＳＰｒｏｐ法、または別の適切なアルゴリズムを使用して重み行列およびバイアス値を更新する。
【0131】
動作Ｓ０９において、重み行列に基づいて、動作Ｓ０７で決定されたバイアス値、代表値、および乗算値ＬＵＴ値が非線形波形歪み補償部、例えば、非線形波形歪補償部１３１１に記憶される。これらの記憶された値は、方法７００を使用して解析された光ファイバ通信路を使用して受信されるさらなる通信のための非線形波形歪み補償を行うために使用可能である。
【0132】
いくつかの実施形態では、方法７００は、追加の動作を含む。例えば、いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部に記憶された値をさらに更新するかどうかを決定するために、光ファイバ通信路の通信品質が決定される。いくつかの実施形態では、通信品質は、シンボル誤り率、ビット誤り率、Ｑ値、誤差ベクトルマグニチュード、相互情報量、一般化相互情報量、正規化相互情報量、または別の適切な品質メトリックに基づいて決定される。
【0133】
いくつかの実施形態では、方法７００のうちの少なくとも１つの動作は省略される。例えば、いくつかの実施形態では、動作Ｓ０６は省略され、重み／バイアス計算部を使用する更新は、予め設定された反復回数またはエポックに対して行われる。いくつかの実施形態では、予め設定された反復回数またはエポックは、方法７００を実行するために使用される構成要素の利用可能な処理容量に基づいて決定される。
【0134】
図９は、いくつかの実施形態による非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の頻度（発生）分布を示すグラフ９００である。いくつかの実施形態では、グラフ９００は、代表値、例えば、動作Ｓ０７で決定された代表値を決定するために使用可能である。グラフ９００は、中間層の出力値ｒの頻度分布が０から０．５まで分布していることを示している。さらに、グラフ９００は、特に０付近に値が偏在していることを示している。分布を確認することによって、どの出力値が最も多く発生するかが決定される。最も多く発生する値は、代表値、例えば、動作Ｓ０７で決定された代表値として使用可能である。
【0135】
図１０Ａは、いくつかの実施形態による代表値および所定の閾値を決定するために使用可能な非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の頻度（発生）分布を示すグラフ１０００Ａである。いくつかの実施形態では、グラフ９００は、代表値、例えば、動作Ｓ０７で決定された代表値を決定するために使用可能である。グラフ１０００Ａは、どの中間層の出力値が所定の閾値を超えたかを示している。いくつかの実施形態では、代表値は、所定の閾値を超えるように十分に頻繁に発生するすべての出力値の中央値または平均値とみなされる。
【0136】
図１０Ｂは、いくつかの実施形態による代表値および複数の区間を決定するために使用可能な非線形波形歪み等化部における中間層の出力値の頻度（発生）分布を示すグラフ１００Ｂである。いくつかの実施形態では、グラフ９００は、代表値、例えば、動作Ｓ０７で決定された代表値を決定するために使用可能である。グラフ１０００Ｂは、複数の区間１０１０Ａ～１０１０Ｄを示している。区間１０１０Ａ～１０１０Ｄは、ビット精度に基づいて均等に分割される。いくつかの実施形態では、代表値は、区間１０１０Ａ～１０１０Ｄの最も狭い区間内のすべての出力値の中央値または平均値とみなされる。グラフ１０００Ｂの例では、最も狭い区間は区間１０１０Ａであるため、代表値は、区間１０１０Ａ内のすべての値の中央値または平均値とみなされる。
【0137】
上述の学習および更新は、端局装置または光通信路の初期導入時だけでなく、光通信システムの動作中、端局装置間の光接続の変化に応答して、検出された通信品質の低下に応答して、所定の期間後、または非線形波形歪み補償部の再調整が望まれる任意の他の基準で行われる。
【0138】
波形歪み等化方法では、中間層は、中間層の出力値を中間層および出力層に再入力することによって再帰的に使用される。上記の出力値を代表値に近似し、事前にＬＵＴに積和演算部の乗算部の解を記憶することによって、端局装置内で展開可能な回路規模で非線形波形歪み等化を実施することが可能である。波形歪み等化方法のこの削減された回路規模および更新能力は、手動の介入または解析を使用せずに光通信、特に長距離光通信を改善するのに役立つ。
【0139】
図１１は、いくつかの実施形態による光通信システム２０のブロック図である。光通信システム２０のいくつかの構成要素は、光通信システム１０と同様であり、簡潔にするために詳細には説明しない。光通信システム１０と比較して、光通信システム２０は、光受信器２３の一部としてではなく、光送信器２１内の非線形波形歪みの予等化（ｐｒｅ－ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を行うように構成される。
【0140】
光通信システム２０は、光送信器２１と、光ファイバ通信路１２と、光受信器２３と、学習プログラム実行コンピュータ１６とを含む。光通信システム２０は、単一の光送信器２１と、単一の光受信器２３とを含む。しかし、いくつかの実施形態では、複数の光送信器２１または光受信器２３が光通信システム２０に含まれる。さらに、いくつかの実施形態では、複数の光ファイバ通信路１２が光通信システム２０に含まれる。
【0141】
光送信器２１は、送信端クライアントインターフェース１１０と、送信データ生成部１１１と、光波形生成部１１２と、波形歪予等化部（波形歪推定／等化部）２１３と、学習データＤＢ１４とを有する。光受信器２３は、光波形受信部１３０と、波形歪補償部２３１と、受信データ復調部１３２と、受信端クライアントインターフェース１３３とを含む。波形歪補償部２３１は、線形波形歪補償部２３１０を有する。いくつかの実施形態では、線形波形歪補償部２３１０は、線形波形歪補償部１３１０と同様である。
【0142】
光送信器２１は、送信端クライアントインターフェース１１０からの受信入力に基づいて、送信データ生成部１１１において多値変調方法または偏波多重分離方法を適用するためのシンボルマッピングを行う。送信データは、波形歪予等化部（波形歪推定／等化部）２１３に転送される。波形歪予等化部（波形歪推定／等化部）２１３は、光ファイバ通信路１２が波形に与える歪みを予測し、光送信器２１からの送信前に波形を調整するように構成される。光送信器２１における波形歪みを考慮することによって、光受信器２３によって受信される光信号は、波形歪みが低減されるか、または波形歪みがないと予想される。波形歪予等化部（波形歪推定／等化部）２１３は、送信データを修正して修正された送信データを光波形生成部１１２に出力し、光ファイバ通信路に沿って送信される波形を生成する。
【0143】
波形歪予等化部（波形歪推定／等化部）２１３内の線形波形歪予等化部２１３０は送信データに対して線形波形歪みを予測し、非線形歪予等化部（非線形波形歪予測等化部）２１３１は送信データに対して非線形波形歪みを予測する。
【0144】
光受信器２３は、光波形受信部１３０での受信光波形のコヒーレント検波およびアナログ－デジタル変換によって得られた受信データに対して、波形歪補償部２３１に線形波形歪補償部２３１０を含む。受信データに含まれる線形波形歪みを補償し、受信データ復調部１３２において多値変調方法および偏波多重分離方法の適用によるシンボルデマッピングを行った後、データが受信端クライアントインターフェース１３３によってユーザに提供される。
【0145】
光送信器２１に含まれる学習データＤＢ１４は、非線形波形歪予等化部２１３１における教師あり学習に使用可能な学習データを記憶し、教師あり学習中には送信データ生成部１１１に学習データを記憶する。
【0146】
学習プログラム実行コンピュータ１６と光受信器２３は接続されており、学習が光波形受信部１３０によって取得された受信データに基づいて実行される。さらに、学習プログラム実行コンピュータ１６の計算結果を反映するために、重み行列Ｗ０、Ｗｉｎ、およびＷＲ、Ｗｏｕｔ、ならびにバイアス値ｂ０、ｂＲ、およびｂｏｕｔがＬＵＴに記憶され、非線形波形歪予等化部２１３１にフィードバックされる。いくつかの実施形態では、学習プログラム実行コンピュータ１６は、ＬＵＴに代表値をさらに記憶する。いくつかの実施形態では、学習プログラム実行コンピュータ１６からのフィードバックは、光ファイバ通信路１２に沿って提供される。そのような実施形態では、光受信器２３はまた、フィードバックを学習プログラム実行コンピュータ１６から非線形波形歪予等化部２１３１に提供する光送信器（図示せず）を含む。
【0147】
図１２は、いくつかの実施形態による図１１の光通信システムに含まれ得る非線形波形歪予等化部２１３１のブロック図である。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化部２１３１は、光通信システム２０に含まれる。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化部２１３１は、光通信システム２０とは異なる光通信システムに含まれる。
【0148】
非線形波形歪予等化部２１３１は、入力層２４０と、中間層２４１と、出力層２４２とを有する。入力層２４０は、積和演算部２５－０と、乗算値ＬＵＴ２５２－０とを有する。中間層２４１は、積和演算部２５－１と、代表値置換部２５１－１と、乗算値ＬＵＴ２５２－１とを有する。出力層２４２は、積和演算部２５－２と、代表値置換部２５１－２と、乗算値ＬＵＴ２５２－２とを有する。いくつかの実施形態では、入力層２４０は、入力層１４０と同様である。いくつかの実施形態では、中間層２４１は、中間層１４１と同様である。いくつかの実施形態では、出力層２４２は、出力層１４２と同様である。
【0149】
非線形波形歪予等化部２１３１は、再帰的ニューラルネットワークを含む。非線形波形歪予等化部２１３１は、単一の中間層２４１を含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化部２１３１は、複数の中間層２４１を含む。送信データは、非線形波形歪予等化部２１３１に含まれる入力層２４０に入力され、非線形波形歪みが予等化された送信データが出力層２４２から出力される。
【0150】
入力層２４０は、乗算値ＬＵＴ２５２－０を有し、ＬＵＴから受信データに対する重み行列との積和演算値を読み出す点が異なる。入力層２４０に入力される送信データが離散値をとる性質およびＩ／Ｑ軸に対する対称性を利用することによって、積和演算部２５－０では、他の手法と比較して積値候補が限定される。限定された積値候補は、入力層２４０の処理時間および回路サイズを削減するのに役立つ。乗算値ＬＵＴ２５２－０に積値を記憶することによって、入力層２４０は、他の手法と比較して積和演算部２５－０の回路のサイズを削減しつつ、重み行列Ｗ０を生成することができる。入力層２４０では、乗算値ＬＵＴ２５２－０からの積値を参照して、重み行列Ｗ０および積が受信データｓに加算される。バイアス値ｂ０が加算され、活性化関数演算ｆ０が決定される。積和演算部２５－０は、ｆ０（ΣＷ０ｓ＋ｂ０）の値を中間層２４１に出力する。
【0151】
離散値およびＩ／Ｑ軸に対する対称性を使用して送信データを利用するためには、非線形波形歪み予等化を行った後に線形波形歪み予等化を行うことが有利である。場合によっては、線形波形歪み予等化が非線形波形歪み予等化の前に行われると、送信データの性質が変化する。いくつかの実施形態では、乗算値ＬＵＴ２５２－０は、周期的に代表値に関する情報で更新される。いくつかの実施形態では、中間層２４１の動作は、上述の中間層１４１の動作と同様である。いくつかの実施形態では、出力層２４２の動作は、上述の出力層１４２の動作と同様である。
【0152】
図１３は、いくつかの実施形態による非線形波形歪予等化部２１３１－０のブロック図である。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化部２１３１－０は、光通信システム２０に含まれる。いくつかの実施形態では、非線形波形歪予等化部２１３１－０は、光通信システム２０とは異なる光通信システムに含まれる。
【0153】
上述した非線形波形歪予等化部２１３１において、入力層２４０および中間層２４１における活性化関数演算は、それぞれ積和演算部２５－０および２５－１によって行われた。これに対して、非線形波形歪予等化部２１３１－０では、それぞれ活性化関数ＬＵＴ２５３－０および活性化関数ＬＵＴ２５３－１を参照して、入力層２４０－０および中間層２４１－０に対する活性化関数の値が得られる。さらに、入力層２４０－０では、乗算値ＬＵＴ２５２－０を参照して、受信データｓ、重み行列Ｗ０、および積が得られるので、入力層２４０－０の機能を実施するには、積和部ではなく加算部２５４－０を使用すればよい。
【0154】
図１４は、いくつかの実施形態による非線形波形歪み予等化部のための学習方法１４００のフローチャートである。方法１４００のいくつかの動作は、方法７００の動作と同様であり、簡潔にするために詳細には説明しない。
【0155】
動作Ｓ１１において、学習部は、トリガイベントに応答して起動される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１１は、動作Ｓ０１と同様である。
【0156】
動作Ｓ１２において、光波形は、光送信器において学習データＤＢから読み出された送信データに基づいて光波形生成部によって生成される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１２は、動作Ｓ０２と同様である。動作Ｓ１２において、送信データは、非線形波形歪予等化部２１３１における推定を行わずに光波形生成部に送信される。
【0157】
動作Ｓ１３において、光波形は、光ファイバ通信路を介して送信され、光受信器内の光波形受信部によって受信される。受信データは、学習プログラム実行コンピュータに入力される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１３は、動作Ｓ０３と同様である。
【0158】
動作Ｓ１４において、受信データは、学習部内の波形歪み等化部に入力される。受信データは、線形波形歪み等化部および非線形波形歪み等化部において等化される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１４は、動作Ｓ０４と同様である。
【0159】
動作Ｓ１５において、差分計算部は、訓練データＤＢから読み出された訓練データと歪み等化後の受信データとの間の時間相関差分を計算する。差分計算部は、時間相関差分の絶対値が最大値に達するタイミングを決定する。いくつかの実施形態では、差分計算部は、二乗平均平方根誤差解析または交差エントロピー解析を使用して最大時間相関差分を決定する。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１５は、動作Ｓ０５と同様である。
【0160】
動作Ｓ１６において、最大時間相関差分値が所定の閾値を下回っているかどうかが決定される。最大時間相関差分が所定の閾値を下回っていないという決定に応答して、方法１４００は、動作Ｓ１８に進む。最大時間相関差分が所定の閾値を下回っているという決定に応答して、方法１４００は、動作Ｓ１７に進む。いくつかの実施形態では、所定の閾値は、ユーザから受信される。いくつかの実施形態では、所定の閾値は、同様の光通信路に関する経験的データに基づく。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１６は、動作Ｓ０６と同様である。
【0161】
動作Ｓ１７において、重み行列の最新の反復およびバイアス値が非線形波形歪み等化部に記憶される。記憶された重み行列およびバイアス値に基づいて、歪み等化が光ファイバ通信路からの受信データに適用される。代表値は、等化された受信データに基づいて決定される。いくつかの実施形態では、代表値は、中間層の各出力値に対して頻度分布を行うことによって決定される。最も多く発生する出力値は、代表値であると決定される。いくつかの実施形態では、中間層についての重み行列と出力層の重み行列の積が、代表値を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、代表値は、図９～図１０Ｂに関して上述したものと同様の方式で決定される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１７は、動作Ｓ０７と同様である。
【0162】
動作Ｓ１８において、重み／バイアス計算部は、最大時間相関差分に基づいて非線形波形歪み等化部における重み行列およびバイアス値を更新する。そして、重み／バイアス計算部は、非線形波形歪み等化部における重み行列およびバイアス値を更新し、方法１４００は、動作Ｓ１４に戻る。いくつかの実施形態では、重み／バイアス計算部は、確率的勾配降下法、Ａｄａｍ法、ＲＭＳＰｒｏｐ法、または別の適切なアルゴリズムを使用して重み行列およびバイアス値を更新する。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１８は、動作Ｓ０８と同様である。
【0163】
動作Ｓ１９において、動作Ｓ１７で決定された重み行列、バイアス値、代表値、および乗算値は、非線形波形予等化部、例えば、非線形波形歪予等化部２１３１に送信される。いくつかの実施形態では、動作Ｓ１９において、光システムの通信品質が計算され、さらなる学習が行われるべきかどうかに関する決定が行われる。
【0164】
一般に、光波形受信部１３０によって受信されたデータは、学習プログラム実行コンピュータ１６から非線形波形歪予等化部２１３１に転送されるデータよりも容量が大きい。したがって、学習プログラム実行コンピュータ１６は、光通信システム２０において、光受信器２３と同じ側にある。
【0165】
いくつかの実施形態では、方法１４００は、追加の動作を含む。例えば、いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部に記憶された値をさらに更新するかどうかを決定するために、光ファイバ通信路の通信品質が決定される。いくつかの実施形態では、通信品質は、シンボル誤り率、ビット誤り率、Ｑ値、誤差ベクトルマグニチュード、相互情報量、一般化相互情報量、正規化相互情報量、または別の適切な品質メトリックに基づいて決定される。
【0166】
いくつかの実施形態では、方法１４００のうちの少なくとも１つの動作は省略される。例えば、いくつかの実施形態では、動作Ｓ１６は省略され、重み／バイアス計算部を使用する更新は、予め設定された反復回数またはエポックに対して行われる。いくつかの実施形態では、予め設定された反復回数またはエポックは、方法１４００を実行するために使用される構成要素の利用可能な処理容量に基づいて決定される。
【0167】
光通信システム２０または方法１４００を参照して説明した波形歪み等化方法では、受信したエンドクライアントデータの送信の前に、代表値の近似および積和演算部の乗算部の解がＬＵＴに記憶される。生成された送信データの性質は、離散値をとり、Ｉ／Ｑ軸に関して対称性を有する。乗算値ＬＵＴは生成された送信データの性質を利用することによって入力層に適用することができるので、端局装置での展開を可能にする十分に制限されたサイズを有する回路を使用して非線形波形歪み等化の実施が可能である。
【0168】
当業者であれば、光通信システム１０は光通信システムの受信側における非線形波形歪みの補償を説明し、光通信システム２０は光通信システムの送信側における非線形波形歪みの補償を説明していることを認識するであろう。当業者であれば、光通信システムの受信側と送信側の両方で非線形波形歪みを補償することは、本明細書の範囲内であることをさらに認識するであろう。受信側と送信側の両方における非線形波形歪みの補償は光通信システムにおけるより高い処理負荷をもたらすが、そのようなより高い処理負荷は、通信のより高いレベルの精度および正確さが望まれる状況において保証されている。
【0169】
図１５は、いくつかの実施形態による非線形波形歪み補償のためのシステム１５００のブロック図である。システム１５００は、ハードウェアプロセッサ１５０２と、コンピュータプログラムコード１５０６、すなわち、実行可能命令のセットで符号化された、すなわち、それらを記憶している非一時的コンピュータ可読記憶媒体１５０４とを含む。コンピュータ可読記憶媒体１５０４はまた、外部部とインターフェースするための命令１５０７で符号化される。プロセッサ１５０２は、バス１５０８を介してコンピュータ可読記憶媒体１５０４に電気的に結合される。プロセッサ１５０２はまた、バス１５０８によってＩ／Ｏインターフェース１５１０に電気的に結合される。ネットワークインターフェース１５１２はまた、バス１５０８を介してプロセッサ１５０２に電気的に接続される。ネットワークインターフェース１５１２は、プロセッサ１５０２およびコンピュータ可読記憶媒体１５０４がネットワーク１５１４を介して外部要素に接続することが可能であるように、ネットワーク１５１４に接続される。プロセッサ１５０２は、光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてを行うためにシステム１５００を使用可能にするために、コンピュータ可読記憶媒体１５０４に符号化されたコンピュータプログラムコード１５０６を実行するように構成される。
【0170】
いくつかの実施形態では、プロセッサ１５０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、マルチプロセッサ、分散処理システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または適切な処理部である。
【0171】
いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体１５０４は、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、および／または半導体システム（または装置もしくはデバイス）である。例えば、コンピュータ可読記憶媒体１５０４は、半導体もしくはソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、および／または光ディスクを含む。光ディスクを使用するいくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体１５０４は、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り／書き込み（ＣＤ－Ｒ／Ｗ）、および／またはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）を含む。
【0172】
いくつかの実施形態では、記憶媒体１５０４は、光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてをシステム１５００に行わせるように構成されたコンピュータプログラムコード１５０６を記憶する。いくつかの実施形態では、記憶媒体１５０４はまた、光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてを行うために使用される情報、ならびに光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてを行う間に生成された情報を記憶する。いくつかの実施形態では、情報は、重み行列パラメータ１５１６、バイアス値パラメータ１５１８、代表値パラメータ１５２０、通信品質パラメータ１５２２、および／または光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、もしくは方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてを行うための実行可能命令のセットを含む。
【0173】
いくつかの実施形態では、記憶媒体１５０４は、製造機械とインターフェースするための命令１５０７を記憶する。命令１５０７は、光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべてを効果的に実施するために、プロセッサ１５０２が外部デバイスによって読み取り可能な命令を生成することを可能にする。
【0174】
システム１５００は、Ｉ／Ｏインターフェース１５１０を含む。Ｉ／Ｏインターフェース１５１０は、外部回路に結合される。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース１５１０は、情報およびコマンドをプロセッサ１５０２に通信するためのキーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、トラックパッド、および／またはカーソル方向キーを含む。
【0175】
システム１５００はまた、プロセッサ１５０２に結合されたネットワークインターフェース１５１２を含む。ネットワークインターフェース１５１２は、システム１５００が、１つまたは複数の他のコンピュータシステムが接続されるネットワーク１５１４と通信することを可能にする。ネットワークインターフェース１５１２は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、ＷＩＦＩ、ＷＩＭＡＸ、ＧＰＲＳ、もしくはＷＣＤＭＡ（登録商標）などの無線ネットワークインターフェース、またはＥＴＨＥＲＮＥＴ、ＵＳＢ、もしくはＩＥＥＥ－１３９４などの有線ネットワークインターフェースを含む。いくつかの実施形態では、光通信システム１０、方法７００、光通信システム２０、または方法１４００に関して説明した動作の一部またはすべては、２つ以上のシステム１５００で実施され、重み行列、バイアス値、代表値、または通信品質などの情報は、ネットワーク１５１４を介して異なるシステム１５００間で交換される。
【0176】
本明細書の一態様は、光通信システムに関する。光システムは、第１のデータを受信するように構成された第１の端局装置を含み、第１の端局装置は、受信した第１のデータに基づいて光波形を生成するように構成される。光システムは、第１の端局装置から光波形を受信するように構成された光通信路をさらに含む。光システムは、光通信路から光波形を受信するように構成された第２の端局装置をさらに含み、第２の端局装置は、光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成される。第１の端局装置または第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を含む。非線形波形補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、非線形波形補償部は、少なくとも１つの再帰的中間層を含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部は、少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの再帰的中間層は、第１の入力として出力値を受信し、代表値に基づいて少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部は、出力層をさらに含み、出力層は、出力値を受信するように構成され、出力層は、出力値および代表値に基づいて非線形波形歪み補償部の出力を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部は、入力層をさらに含み、少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の入力として入力層の出力を受信するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の端局装置は、非線形波形歪み補償部を含む。いくつかの実施形態では、第２の端局装置は、非線形波形歪み補償部を含む。
【0177】
本明細書の一態様は、光通信方法に関する。方法は、第１の端局装置を使用して、第１のデータを受信することを含む。方法は、第１のデータに基づいて光波形を生成することをさらに含む。方法は、光通信路に沿って光波形を送信することをさらに含む。方法は、第２の端局装置を使用して、光通信路から送信された光波形を受信することをさらに含む。方法は、第２の端局装置によって受信された光波形に基づいて第２の端局装置から第２のデータを出力することをさらに含む。方法は、第１の端局装置または第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正することをさらに含み、非線形波形補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、単一の再帰的中間層を使用することを含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定することを含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、第１の入力として出力値を少なくとも１つの再帰的中間層に提供することと、代表値に基づいて少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、出力層を使用して出力値を受信することと、出力値および代表値に基づいて出力層から非線形波形歪み補償値を出力することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、第２の入力として入力層からの出力を少なくとも１つの再帰的中間層に提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、第１の端局装置を使用することを含む。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償を行うことは、第２の端局装置を使用することを含む。
【0178】
本明細書の一態様は、光通信システム用の端局装置に関する。端局装置は、非線形波形歪み補償部を含み、非線形波形補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成される。非線形波形補償部は、光波形に関する情報を受信するように構成された入力層を含み、入力層は、第１の出力を生成するように構成される。非線形波形補償部は、第１の入力として第１の出力を受信するように構成された少なくとも１つの再帰的中間層をさらに含み、少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の出力を生成するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の入力として第２の出力を受信するように構成される。非線形波形補償部は、第２の出力を受信するように構成された出力層をさらに含み、出力層は、第２の出力および代表値に基づいて第３の出力を生成するように構成され、代表値は、第２の出力に基づく。いくつかの実施形態では、非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を含む。いくつかの実施形態では、端局装置は、光波形を光通信路に送信するように構成される。いくつかの実施形態では、端局装置は、光通信路から光波形を受信するように構成される。
【0179】
以上、いくつかの実施形態を参照して本明細書を説明したが、本出願は上述の実施形態に限定されない。本明細書の構成および詳細に関して、当業者によって理解される様々な変更を本出願の範囲内で行うことができる。
【0180】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記述され得るが、以下に限定されるものではない。
【0181】
（付記１）
第１のデータを受信し、前記受信した第１のデータに基づいて光波形を生成するように構成される第１の端局装置と、
前記第１の端局装置から前記光波形を受信するように構成された光通信路と、
前記光通信路から前記光波形を受信するように構成され、前記光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成された第２の端局装置と
を備え、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備え、
前記非線形波形歪み補償部は、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層を備える
光通信システム。
第１のデータを受信し、前記受信した第１のデータに基づいて光波形を生成するように構成される第１の端局装置と、
前記第１の端局装置から前記光波形を受信するように構成された光通信路と、
前記光通信路から前記光波形を受信するように構成され、前記光波形に基づいて第２のデータを出力するように構成された第２の端局装置と
を備え、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方は、非線形波形歪み補償部を備え、
前記非線形波形歪み補償部は、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、少なくとも１つの再帰的中間層を備える
光通信システム。
【0182】
（付記２）
前記非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を備える、付記１に記載の光通信システム。
前記非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を備える、付記１に記載の光通信システム。
【0183】
（付記３）
前記非線形波形歪み補償部は、前記少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定するように構成される、付記１に記載の光通信システム。
前記非線形波形歪み補償部は、前記少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定するように構成される、付記１に記載の光通信システム。
【0184】
（付記４）
前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第１の入力として前記出力値を受信し、前記代表値に基づいて前記少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第１の入力として前記出力値を受信し、前記代表値に基づいて前記少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
【0185】
（付記５）
前記非線形波形歪み補償部は、出力層をさらに備え、前記出力層は、前記出力値を受信するように構成され、前記出力値および前記代表値に基づいて前記非線形波形歪み補償部の出力を決定するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
前記非線形波形歪み補償部は、出力層をさらに備え、前記出力層は、前記出力値を受信するように構成され、前記出力値および前記代表値に基づいて前記非線形波形歪み補償部の出力を決定するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
【0186】
（付記６）
前記非線形波形歪み補償部は、入力層をさらに備え、前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の入力として前記入力層の出力を受信するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
前記非線形波形歪み補償部は、入力層をさらに備え、前記少なくとも１つの再帰的中間層は、第２の入力として前記入力層の出力を受信するように構成される、付記３に記載の光通信システム。
【0187】
（付記７）
前記第１の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、付記１に記載の光通信システム。
前記第１の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、付記１に記載の光通信システム。
【0188】
（付記８）
前記第２の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、付記１に記載の光通信システム。
前記第２の端局装置は、前記非線形波形歪み補償部を備える、付記１に記載の光通信システム。
【0189】
（付記９）
第１の端局装置を使用して、第１のデータを受信することと、
前記第１のデータに基づいて光波形を生成することと、
光通信路に沿って前記光波形を送信することと、
第２の端局装置を使用して、前記光通信路から前記送信された光波形を受信することと、
前記第２の端局装置によって受信された前記光波形に基づいて前記第２の端局装置から第２のデータを出力することと、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正することであって、前記非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含むことと
を含む、光通信方法。
第１の端局装置を使用して、第１のデータを受信することと、
前記第１のデータに基づいて光波形を生成することと、
光通信路に沿って前記光波形を送信することと、
第２の端局装置を使用して、前記光通信路から前記送信された光波形を受信することと、
前記第２の端局装置によって受信された前記光波形に基づいて前記第２の端局装置から第２のデータを出力することと、
前記第１の端局装置または前記第２の端局装置の少なくとも一方を使用して、非線形波形歪み補償を行い、前記光通信路に沿って伝播する前記光波形に起因する非線形波形歪みを補正することであって、前記非線形波形歪み補償を行うことは、少なくとも１つの再帰的中間層を使用することを含むことと
を含む、光通信方法。
【0190】
（付記１０）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、単一の再帰的中間層を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、単一の再帰的中間層を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
【0191】
（付記１１）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定することを含む、付記９に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記少なくとも１つの再帰的中間層の出力値に基づいて代表値を決定することを含む、付記９に記載の光通信方法。
【0192】
（付記１２）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、
第１の入力として前記出力値を前記少なくとも１つの再帰的中間層に提供することと、
前記代表値に基づいて前記少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定することと
をさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、
第１の入力として前記出力値を前記少なくとも１つの再帰的中間層に提供することと、
前記代表値に基づいて前記少なくとも１つの再帰的中間層の後続の出力を決定することと
をさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
【0193】
（付記１３）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、
出力層を使用して前記出力値を受信することと、
前記出力値および前記代表値に基づいて前記出力層から非線形波形歪み補償値を出力することと
をさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、
出力層を使用して前記出力値を受信することと、
前記出力値および前記代表値に基づいて前記出力層から非線形波形歪み補償値を出力することと
をさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
【0194】
（付記１４）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、第２の入力として入力層からの出力を前記少なくとも１つの再帰的中間層に提供することをさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、第２の入力として入力層からの出力を前記少なくとも１つの再帰的中間層に提供することをさらに含む、付記１１に記載の光通信方法。
【0195】
（付記１５）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記第１の端局装置を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記第１の端局装置を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
【0196】
（付記１６）
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記第２の端局装置を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
前記非線形波形歪み補償を行うことは、前記第２の端局装置を使用することを含む、付記９に記載の光通信方法。
【0197】
（付記１７）
非線形波形歪み補償部を備える、光通信システム用の端局装置であって、
前記非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、
前記非線形波形歪み補償部は、
前記光波形に関する情報を受信するように構成され、第１の出力を生成するように構成される入力層と、
第１の入力として前記第１の出力を受信するように構成され、第２の出力を生成するように構成され、第２の入力として前記第２の出力を受信するように構成される少なくとも１つの再帰的中間層と、
前記第２の出力を受信するように構成され、前記第２の出力と前記第２の出力に基づく代表値とに基づいて第３の出力を生成するように構成される出力層と、を備える
端局装置。
非線形波形歪み補償部を備える、光通信システム用の端局装置であって、
前記非線形波形歪み補償部は、光通信路に沿って伝播する光波形に起因する非線形波形歪みを補正するように構成され、
前記非線形波形歪み補償部は、
前記光波形に関する情報を受信するように構成され、第１の出力を生成するように構成される入力層と、
第１の入力として前記第１の出力を受信するように構成され、第２の出力を生成するように構成され、第２の入力として前記第２の出力を受信するように構成される少なくとも１つの再帰的中間層と、
前記第２の出力を受信するように構成され、前記第２の出力と前記第２の出力に基づく代表値とに基づいて第３の出力を生成するように構成される出力層と、を備える
端局装置。
【0198】
（付記１８）
前記非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を備える、付記１７に記載の端局装置。
前記非線形波形歪み補償部は、単一の再帰的中間層を備える、付記１７に記載の端局装置。
【0199】
（付記１９）
前記端局装置は、前記光波形を前記光通信路に送信するように構成される、付記１７に記載の端局装置。
前記端局装置は、前記光波形を前記光通信路に送信するように構成される、付記１７に記載の端局装置。
【0200】
（付記２０）
前記端局装置は、前記光通信路から前記光波形を受信するように構成される、付記１７に記載の端局装置。
前記端局装置は、前記光通信路から前記光波形を受信するように構成される、付記１７に記載の端局装置。
【0201】
（付記１Ａ）
光信号データの値として高頻度で出現する値を代表値として選択する代表値決定手段と、
前記代表値と光波形が含む波形歪の等化行列との積を計算する乗算手段と、
から構成される光信号データの波形歪等化設定を学習する等化学習手段を有し、
前記等化学習手段において、計算した前記積の値を保持する乗算値保持手段と、
前記乗算保持手段が保持する前記積の値をおのおの足し合わせる加算手段と、を有し、
光信号データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする波形歪等化方式。
光信号データの値として高頻度で出現する値を代表値として選択する代表値決定手段と、
前記代表値と光波形が含む波形歪の等化行列との積を計算する乗算手段と、
から構成される光信号データの波形歪等化設定を学習する等化学習手段を有し、
前記等化学習手段において、計算した前記積の値を保持する乗算値保持手段と、
前記乗算保持手段が保持する前記積の値をおのおの足し合わせる加算手段と、を有し、
光信号データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする波形歪等化方式。
【0202】
（付記２Ａ）
前記代表値決定手段において、前記代表値を、光信号データのビット精度に関する頻度計数幅にて計算する振幅頻度分布に基づいて選択すること
を特徴とする付記１Ａに記載の波形歪等化方式。
前記代表値決定手段において、前記代表値を、光信号データのビット精度に関する頻度計数幅にて計算する振幅頻度分布に基づいて選択すること
を特徴とする付記１Ａに記載の波形歪等化方式。
【0203】
（付記３Ａ）
前記代表値決定手段において、前記振幅頻度分布における頻度が一定値以上となる値を前記代表値として選択すること
を特徴とする付記２Ａに記載の波形等化方式。
前記代表値決定手段において、前記振幅頻度分布における頻度が一定値以上となる値を前記代表値として選択すること
を特徴とする付記２Ａに記載の波形等化方式。
【0204】
（付記４Ａ）
前記代表値決定手段について、光信号データの振幅値に関して、出現頻度が一定となるように前記頻度計数幅を割り当てること
を特徴とする付記２Ａに記載の波形等化方式。
前記代表値決定手段について、光信号データの振幅値に関して、出現頻度が一定となるように前記頻度計数幅を割り当てること
を特徴とする付記２Ａに記載の波形等化方式。
【0205】
（付記５Ａ）
前記代表値決定手段について、前記代表値を、前記頻度係数幅の中央値あるいは頻度計数幅における光信号データの振幅の平均値と決定すること
を特徴とする付記１Ａ～４Ａのいずれかに記載の波形等化方式。
前記代表値決定手段について、前記代表値を、前記頻度係数幅の中央値あるいは頻度計数幅における光信号データの振幅の平均値と決定すること
を特徴とする付記１Ａ～４Ａのいずれかに記載の波形等化方式。
【0206】
（付記６Ａ）
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、から構成され、
前記光受信器が、受信データが含む波形歪みを等化する波形歪補償部を有し、
前記波形歪補償部が、受信データの値として高頻度で出現する代表値と受信データが含む波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み補償部において、受信データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする端局装置。
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、から構成され、
前記光受信器が、受信データが含む波形歪みを等化する波形歪補償部を有し、
前記波形歪補償部が、受信データの値として高頻度で出現する代表値と受信データが含む波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み補償部において、受信データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする端局装置。
【0207】
（付記７Ａ）
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、から構成され、
前記光送信器が、波形歪みを予め等化する波形歪予等化部を有し、
前記波形歪予等化部が、送信データの値として高頻度で出現する代表値と波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み予等化部において、送信データに対して再帰的に波形歪を予等化すること
を特徴とする端局装置。
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、から構成され、
前記光送信器が、波形歪みを予め等化する波形歪予等化部を有し、
前記波形歪予等化部が、送信データの値として高頻度で出現する代表値と波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み予等化部において、送信データに対して再帰的に波形歪を予等化すること
を特徴とする端局装置。
【0208】
（付記８Ａ）
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、
前記受信データに基づいて、受信データが含む波形歪を等化する設定を学習する等化学習部とから構成され、
前記等化学習部が、受信データの値として高頻度に出現する値を代表値として選択する代表値決定部と、前記代表値と光波形が含む波形歪の等化行列との積を計算する乗算部、とを有し、
前記光受信器が、受信データが含む波形歪みを等化する波形歪補償部を有し、
前記波形歪補償部が、受信データの値として高頻度で出現する代表値と受信データが含む波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み補償部において、前記等化学習部より通知される前記代表値、および、前記積の値に基づいて、受信データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする光通信システム。
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、
前記受信データに基づいて、受信データが含む波形歪を等化する設定を学習する等化学習部とから構成され、
前記等化学習部が、受信データの値として高頻度に出現する値を代表値として選択する代表値決定部と、前記代表値と光波形が含む波形歪の等化行列との積を計算する乗算部、とを有し、
前記光受信器が、受信データが含む波形歪みを等化する波形歪補償部を有し、
前記波形歪補償部が、受信データの値として高頻度で出現する代表値と受信データが含む波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み補償部において、前記等化学習部より通知される前記代表値、および、前記積の値に基づいて、受信データに対して再帰的に波形歪を等化すること
を特徴とする光通信システム。
【0209】
（付記９Ａ）
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、
前記受信データに基づいて、受信データが含む波形歪を等化する設定を学習する等化学習部とから構成され、
前記光送信器が、波形歪みを予め等化する波形歪予等化部を有し、
前記波形歪予等化部が、送信データの値として高頻度で出現する代表値と波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み予等化部において、前記等化学習部より通知される前記代表値、および、前記積の値に基づいて、送信データに対して再帰的に波形歪を予等化すること
を特徴とする端局装置。
送信データを光波形として送信する光送信器と、
光波形を受光し、電気波形に変換した後に、アナログデジタル変換により受信データを得る光受信器と、
前記受信データに基づいて、受信データが含む波形歪を等化する設定を学習する等化学習部とから構成され、
前記光送信器が、波形歪みを予め等化する波形歪予等化部を有し、
前記波形歪予等化部が、送信データの値として高頻度で出現する代表値と波形歪の等化行列との積の値を保持する乗算値ルックアップテーブルと、前記積の値をおのおの足し合わせる加算部と、を有し、
前記波形歪み予等化部において、前記等化学習部より通知される前記代表値、および、前記積の値に基づいて、送信データに対して再帰的に波形歪を予等化すること
を特徴とする端局装置。
【0210】
この出願は、２０２２年７月２２日に出願された米国特願１７／８７０，８６２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【0211】
１０、２０ 光通信システム
１１、２１ 光送信器
１１０ 送信端クライアントインターフェース（送信側クライアントインターフェース）
１１１ 送信データ生成部
１１２ 光波形生成部
１２ 光ファイバ通信路
１３、２３ 光受信器
１３０ 光波形受信部
１３１、２３１ 波形歪補償部
１３１０、２３１０ 線形波形歪補償部
１３１１、１３１１－０ 非線形波形歪補償部
１３２ 受信データ復調部
１３３ 受信端クライアントインターフェース（受信側クライアントインターフェース）１４、１４－１ 学習データデータベース（ＤＢ）
１４０、１４０－０、２４０、２４０－０ 入力層
１４１、１４１－０、２４１、２４１－０ 中間層
１４２、２４２ 出力層
１５－０、１５－１、１５－２、２５－０、２５－１、２５－２ 積和演算部
１５１－１、１５１－２、２５１－１、２５１－２ 代表値置換部
１５２－１、１５２－２、２５２－０、２５２－１、２５２－２ 乗算値ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
１５３－０、１５３－１、２５３－０、２５３－１ 活性化関数ＬＵＴ
１６ 学習プログラム実行計算機（学習プログラム実行コンピュータ）
１６０ 学習プログラム（学習部）
１６１ 波形歪等化プログラム（波形歪等化部）
１６１０ 線形波形歪等化プログラム（線形波形歪等化部）
１６１１ 非線形波形歪等化プログラム（非線形波形歪等化部）
１６２ 差分計算部
１６３ 重み・バイアス計算部
１６４ 波形等化設定決定部
２１３ 波形歪予等化部
２１３０ 線形波形歪予等化部
２１３１、２１３１－０ 非線形波形歪予等化部
２５４－０ 加算部
９０、９０－１ 光通信システム
９１ 光送信器
９１０ 送信端クライアントインターフェース（送信側クライアントインターフェース）
９１１ 送信データ生成部
９１２ 光波形生成部
９１３ 波形歪予等化部
９１３０ 線形波形歪予等化部
９２ 光ファイバ通信路
９３ 光受信器
９３０ 光波形受信部
９３１ 波形歪補償部
９３１０ 線形波形歪補償部
９３１１ 非線形波形歪補償部
９３２ 受信データ復調部
９３３ 受信端クライアントインターフェース（受信側クライアントインターフェース）
９４０ 入力層
９４１－０、９４１－１、９４１－２ 中間層
９４２ 出力層
９５－０、９５－１、９５－２、９５－３、９５－４ 積和演算部
１１、２１ 光送信器
１１０ 送信端クライアントインターフェース（送信側クライアントインターフェース）
１１１ 送信データ生成部
１１２ 光波形生成部
１２ 光ファイバ通信路
１３、２３ 光受信器
１３０ 光波形受信部
１３１、２３１ 波形歪補償部
１３１０、２３１０ 線形波形歪補償部
１３１１、１３１１－０ 非線形波形歪補償部
１３２ 受信データ復調部
１３３ 受信端クライアントインターフェース（受信側クライアントインターフェース）１４、１４－１ 学習データデータベース（ＤＢ）
１４０、１４０－０、２４０、２４０－０ 入力層
１４１、１４１－０、２４１、２４１－０ 中間層
１４２、２４２ 出力層
１５－０、１５－１、１５－２、２５－０、２５－１、２５－２ 積和演算部
１５１－１、１５１－２、２５１－１、２５１－２ 代表値置換部
１５２－１、１５２－２、２５２－０、２５２－１、２５２－２ 乗算値ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
１５３－０、１５３－１、２５３－０、２５３－１ 活性化関数ＬＵＴ
１６ 学習プログラム実行計算機（学習プログラム実行コンピュータ）
１６０ 学習プログラム（学習部）
１６１ 波形歪等化プログラム（波形歪等化部）
１６１０ 線形波形歪等化プログラム（線形波形歪等化部）
１６１１ 非線形波形歪等化プログラム（非線形波形歪等化部）
１６２ 差分計算部
１６３ 重み・バイアス計算部
１６４ 波形等化設定決定部
２１３ 波形歪予等化部
２１３０ 線形波形歪予等化部
２１３１、２１３１－０ 非線形波形歪予等化部
２５４－０ 加算部
９０、９０－１ 光通信システム
９１ 光送信器
９１０ 送信端クライアントインターフェース（送信側クライアントインターフェース）
９１１ 送信データ生成部
９１２ 光波形生成部
９１３ 波形歪予等化部
９１３０ 線形波形歪予等化部
９２ 光ファイバ通信路
９３ 光受信器
９３０ 光波形受信部
９３１ 波形歪補償部
９３１０ 線形波形歪補償部
９３１１ 非線形波形歪補償部
９３２ 受信データ復調部
９３３ 受信端クライアントインターフェース（受信側クライアントインターフェース）
９４０ 入力層
９４１－０、９４１－１、９４１－２ 中間層
９４２ 出力層
９５－０、９５－１、９５－２、９５－３、９５－４ 積和演算部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】